천문학자들은 최근 HETDEX(Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Survey)를 사용하여 현재까지 가장 상세한 3차원 수소 방사선 분포 지도를 그렸고, 처음으로 약 100억년 전 우주에 얽혀 있는 은하와 가스의 "숨겨진 우주 웹"의 윤곽을 그렸습니다. 이 지도는 근처 별에서 에너지를 흡수한 후 수소 원자가 방출하는 라이먼 알파선 빛을 추적합니다. 그 기간은 약 90억년에서 110억년 전까지 우주의 진화를 포괄합니다.

라이먼 알파 복사는 일반적으로 활동적인 별 형성이 있는 지역에서 특히 강하며 오랫동안 초기 밝은 은하를 찾는 데 중요한 단서였습니다. 그러나 동일한 신호를 방출하는 수많은 희미한 은하와 확산 가스 구름의 위치를 ​​찾는 것이 어려웠습니다. 이 매핑 작업을 담당하는 Heterdex 팀의 일원이자 독일 막스 플랑크 천체물리학 연구소의 Maya Lujan Niemeyer는 초기 우주를 관찰하는 것은 은하가 오늘날의 모습으로 어떻게 진화했는지, 그리고 이 과정에서 은하간 가스의 역할을 이해하는 데 도움이 된다고 말했습니다. 그러나 이러한 목표는 매우 멀리 떨어져 있고 빛이 약하기 때문에 관측 능력에 큰 어려움을 초래합니다.

이전에 "보이지 않았던" 소스를 탐지하기 위해 연구자들은 "스펙트럼 라인 강도 매핑"이라는 새로운 방법을 사용했습니다. 개별 은하를 하나씩 식별하는 대신 대규모 공간에서 특정 요소의 전체 복사 강도를 측정하여 셀 수 없이 많은 희미한 대상의 누적된 빛을 한 번에 포착했습니다. 논문의 공동 저자이자 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 천문학자인 Julian Muñoz는 전통적인 하늘 조사는 비행기의 밤하늘에서 가장 밝은 도시의 불빛만을 표시하는 것과 같고, 강도 매핑은 "번진 창문"을 통해 지구를 내려다보는 것과 같다고 생생하게 말했습니다. 이미지가 흐릿하더라도 가장 밝은 부분만이 아닌 모든 광원을 기록합니다.

이 연구는 높은 정확도로 라이먼 알파 방사선의 강도 매핑을 수행하기 위해 이러한 대규모 데이터 세트를 사용하는 최초의 작업입니다. HETDEX 프로젝트는 McDonald Observatory의 Hobby-Eberly 망원경을 사용합니다. 원래는 백만 개가 넘는 밝은 은하의 위치를 ​​측정하여 암흑 에너지를 연구하도록 설계되었습니다. 그 과정에서 6억 개가 넘는 스펙트럼, 즉 하늘에 있는 보름달 2,000개 이상의 전체 면적과 맞먹는 하늘 면적을 포함하는 매우 큰 스펙트럼 데이터를 축적했습니다. 프로젝트 리더이자 오스틴 소재 텍사스 대학교 천문학과 학과장인 칼 게브하르트(Carl Gebhardt)는 데이터의 약 5%만이 실제로 일상적인 과학 분석에 사용되며 나머지 대부분은 거대한 잠재력을 담고 있는 하드 드라이브에 잠자고 있다고 지적했습니다.

Niemeyer는 HETDEX가 하늘 영역에서 거의 "빛을 차단"하지만 원래 과학 목표 샘플에 포함될 만큼 실제로 밝은 은하계는 빙산의 일각에 불과하며 겉으로 보기에는 비어 있는 것처럼 보이는 배경에 더 많은 빛이 숨겨져 있다고 강조했습니다. 방대한 양의 원래 관찰로부터 우주 웹의 구조를 "찾아내기" 위해 팀은 특수 소프트웨어를 개발하고 텍사스 첨단 컴퓨팅 센터(Texas Advanced Computing Center)의 슈퍼컴퓨터를 사용하여 약 0.5페타바이트의 데이터를 중앙에서 처리했습니다.

그런 다음 연구팀은 기존의 밝은 은하 목록을 "표지판"으로 사용하여 주변의 더 희미한 은하와 빛나는 가스 구름의 가능한 분포 위치를 추론했습니다. 중력은 물질을 서로 끌어당기기 때문에 밝은 은하계는 종종 물질이 매우 집중된 영역을 표시합니다. 이번 연구에 참여한 막스 플랑크 천체물리학 연구소의 과학 책임자인 고마츠 에이이치로(Eiichiro Komatsu)는 알려진 은하들은 스테이크로 간주될 수 있으며 희미한 광원의 거리와 분포를 추정하는 데 사용될 수 있다고 말했습니다. 결과 지도는 밝은 은하 주변의 더 명확한 세부 정보를 보여줄 뿐만 아니라 원래 은하 사이의 "빈" 영역에 있는 풍부하고 복잡한 구조를 처음으로 드러냅니다.

천문학계는 이전에 이 기간 동안 우주의 진화에 대해 수많은 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했지만 결국 그것은 이론적 추론에 불과했습니다. 이번에 획득한 측정된 우주 네트워크는 관련 천체 물리학 과정을 테스트하기 위한 견고한 벤치마크를 제공합니다. 연구진은 다음으로 이 수소 라이먼 알파 강도 지도를 다른 원소의 조사 결과와 상호 참조할 계획입니다. 예를 들어, 별 탄생 지역을 둘러싸고 있는 차갑고 밀도가 높은 가스는 일산화탄소 복사에 의해 종종 드러납니다. 해당 강도 지도는 라이먼 알파 복사를 생성하는 어린 별의 환경에 대해 더 자세한 정보를 제공할 것으로 예상됩니다.

Muñoz는 이번 연구가 무엇보다도 "최초의 발견"이며, 이는 그 자체로 큰 의미가 있다고 말했습니다. 또한 강도 매핑 방법을 사용하여 우주의 윤곽을 체계적으로 설명하는 새로운 방법을 제시합니다. 그는 Hobby-Eberly 망원경이 이 분야에서 선구적인 역할을 한다고 믿습니다. 다양한 보완적인 새로운 도구가 차례로 사용됨에 따라 인류는 우주의 대규모 구조를 매핑하는 '황금 시대'를 열 수 있습니다.