인간이 볼 수 있는 우주를 제외하면 우주 구성의 약 95%가 눈에 보이지 않는 암흑물질과 암흑에너지로 구성되어 있습니다. 그들은 빛을 방출하지도 않고 직접적으로 감지할 수도 없지만 중력과 우주 팽창을 통해 은하계와 대규모 구조의 진화에 조용히 영향을 미칩니다. 최근 시카고대학교 등 여러 기관으로 구성된 국제팀이 암흑에너지 카메라(DECam)를 사용해 수억 개의 은하 형태의 약한 왜곡에 대한 통계 분석을 실시하고, 전체 하늘의 약 3분의 1을 덮는 '보이지 않는 우주'의 새로운 지도를 그려 현재의 주류 우주론 모델을 검증하는 핵심 증거를 가져왔다.
이번 연구는 2013년부터 2019년까지 DES(암흑에너지 조사) 관측을 기반으로 한다. 칠레 세로 톨로로 인터아메리칸 천문대(Cerro Tololo InterAmerican Observatory)의 4미터 블랑코 망원경(Blanco Telescope)에 설치된 DES(Dark Energy Survey)의 암흑에너지 카메라는 하늘 전체의 8분의 1에 해당하는 약 5,000제곱도에 해당하는 1억 5천만 개 이상의 은하의 형태를 정확하게 측정했다. 이전에 이러한 데이터는 "ΛCold 암흑 물질"(ΛCDM)의 표준 우주론 모델을 테스트하는 데 중심적인 역할을 했으며, 최신 결과는 카메라로 캡처했지만 원래 공식 DES 조사 영역 내에 있지 않았던 수많은 이미지를 분석에 추가하여 약한 중력 렌즈 연구에 사용할 수 있는 은하의 수를 거의 두 배로 늘렸습니다.
이번 분석에서 연구팀은 1억 개가 넘는 은하의 형태를 측정하고, 스펙트럼의 적색 편이를 통해 지구로부터의 거리를 추정해 하늘에 있는 은하의 투영 분포와 3차원 깊이 정보를 동시에 파악했다. 이 은하계의 빛이 우주를 여행할 때, 그 길을 따라 물질의 중력에 의해 약간 "당겨지며" 지구 망원경의 이미지에서는 극도로 미세한 형태의 절단으로 나타납니다. 이 효과는 '약한 중력 렌즈'라고 불리며 우주의 물질 분포를 추론하고 암흑 물질 덩어리의 정도와 암흑 에너지의 역할을 조사하는 핵심 도구입니다.
"DECADE" 우주 전단 프로젝트라고 불리는 이 작업에서 과학자들은 시간에 따른 우주 구조의 성장 속도가 모델 예측과 일치하는지에 초점을 맞춰 이러한 모양과 거리 데이터를 사용하여 ΛCDM 모델에 맞췄습니다. 연구 결과는 이 독립적인 데이터 세트를 사용하여 얻은 우주의 "덩어리" 매개변수가 이전의 약한 렌즈 측정과 일치하며 우주 마이크로파 배경 복사에서 추론된 초기 우주 매개변수와도 잘 일치한다는 것을 보여줍니다. 지난 몇 년간 논란이 되었던 '후기 우주와 초기 우주 사이의 명백한 긴장'에 대한 증거는 발견되지 않았습니다.
또한 팀은 DECADE의 약한 렌즈 측정값과 원본 DES 데이터를 결합하여 지금까지 가장 많은 수의 은하와 가장 넓은 하늘 영역을 포괄하는 은하 렌즈 분석 샘플을 구성했습니다. 총 약 2억 7천만 개의 은하, 전체 하늘의 약 1/3에 해당하는 약 13,000제곱도를 덮고 있습니다. 이러한 대규모 샘플 덕분에 연구자들은 체계적 오류가 가장 적은 가장 신뢰할 수 있는 데이터 포인트만 사용하여 분석에 보다 보수적인 품질 관리 전략을 채택할 수 있으며 우주 마이크로파 배경 결과와 정면으로 비교하기에 충분한 고정밀 제약 조건을 얻을 수 있습니다.
이 작업은 처음부터 약한 렌즈를 위해 고안된 장기적인 전용 관찰 계획이 아니라 이전에 천문계가 다른 과학 대상을 위해 촬영하고 아카이브에 흩어져 있는 수많은 역사적 이미지를 사용했기 때문에 연구자들은 "전통적인 약한 렌즈 조사"라고 설명했습니다. 기존 솔루션에서는 특정 엄격한 이미지 품질 표준을 충족하지 못하는 수많은 사진이 폐기됩니다. 그러나 DECADE 팀은 체계적 오류를 엄격하게 테스트한다는 전제 하에 보다 느슨한 스크리닝 조건을 채택하여 "렌즈용"이 아닌 데이터라도 신중한 보정 및 품질 평가를 거치는 한 여전히 강력한 우주론적 분석을 뒷받침할 수 있음을 입증했습니다.
암흑에너지 카메라 자체에는 62개의 초고감도 CCD 감지기가 장착되어 있어 전례 없는 깊이로 우주 깊은 공간을 촬영할 수 있습니다. 현재 약렌즈 및 암흑에너지 연구의 핵심시설 중 하나이다. 이 프로젝트에서 시카고 대학교, 퍼미랩(Fermilab), 일리노이 대학교 국립 슈퍼컴퓨팅 애플리케이션 센터, 아르곤 국립 연구소, 위스콘신-매디슨 대학교 및 기타 기관의 과학자들이 협력하여 데이터 검색, 이미지 품질의 수동 검토, 형상 측정 방법 및 우주 통계 분석에서 공동 힘을 형성하여 이러한 "재발견된" 기록 관측을 새로운 우주 무기로 전환했습니다.
새로 발표된 모양의 은하 목록은 과학계에 공개되었으며 우주론과 천문학계의 관심을 빠르게 끌었습니다. 왜소은하를 연구하고 우주의 질량 분포를 매핑하는 등 다양한 주제에 사용되었습니다. 연구원들은 앞으로 베라 루빈 천문대의 '시간과 공간에 대한 유산 조사'(Rubin LSST)와 같은 대규모 프로젝트가 시작됨에 따라, 이 경험은 단순히 '완벽한' 샘플이 아닌 사용 가능한 모든 이미지를 잘 활용하면 암흑 물질과 암흑 에너지의 특성에 대한 측정 정확도가 크게 향상되어 '95% 보이지 않는 우주'를 이해하는 데 더 명확한 단서를 제공할 것으로 기대된다고 밝혔습니다.
/ScitechDaily에서 편집됨