초기우주를 연구하는 프로젝트들은 상당히 많다. 빅뱅이론 연구, 빅뱅직후 입자물리학, 우주배경복사연구, 암흑물질, 암흑에너지 등이 그 연구 의 대상들이다.

그중 하나는 빅뱅직후 약 10억년이 지나면서 은하들이 본격적으로 생성될 때를 연구하는 것인데,

이 연구는 주로 허블우주망원경이 도맡아서 한다고 해서 허블딥필드(Hubble Deep Field)프로젝트라고 함.

허블딥필드 프로젝트에서 허블우주망원경은

큰곰자리에 위치한 작은 구역을 타겟으로 삼아서 우주의 초기 모습을 얻으려고 노력중이다.

수 년 후, 허블딥필드 프로젝트는 허블우주망원경에 WFC2라는

카메라를 설치한 후 허블울트라딥필드 프로젝트로 더욱 커졌는데. 지금부터 이 허블딥필드와 허블울트라딥필드(이하 HDF, HUDF)에 대해 알아보도록 하자.

1. 관측 목적

초기 우주의 모습 중 일부

위에서 설명했듯이 이 프로젝트는 빅뱅이론에 입각하여 빅뱅직후 약 10억년이 지나 은하가 막 생겨나기 시작할 때의 우주를 타깃으로 삼고 있다.

이들을 연구해서 초기 우주에 대해 밝혀내는 것이 이 관측의 주요 목적이라고 볼 수 있슴.

그때에는 우주가 지금처럼 아주 큰 편은 아니였고, 따라서

우주의 밀도는 꽤나 높았는데, 이때문에 이때 존재했던 은하중심의 블랙홀들은 대부분 퀘이사였다. 이들을 연구하게 되면 당시 우주에 존재했던 입자비율이나 밀도, 온도 등 물리적인 성질을 대략적으로 유추해낼 수 있슴.

2. 관측구역

HDF가 관측하는 구역은 정말 좁아서. 약 2.5분각정도로,

이는 100미터 거리에서 65mm 테니스공의 크기에 해당하는 영역정도. 

사실 초기의 우주를 관측할 수 있는 구역은 크게 제한돼 있는데, 그 이유는 우주가 마냥 텅 빈 공간으로 이루어져있지 않기 때문이다. 아무것도 없어보여도

거기에는 마초물질(갈색왜성, 소천체, 흑색왜성, 블랙홀 등)을 포함해 암흑물질이 공간을 채우고 있기 때문인데, 이들은 거대한 중력장을 형성해서 그쪽으로부터

날아오는 빛을 휘게 만들어 왜곡된 영상을 보여주게 된다. 이말고도 영상제작을 힘들게 하는 것들은 전자기파를 방출하는 광원들로, 초기 우주에 생성된 은하들이 내뿜는 빛은 매우 먼 거리를 여행해서 왔기 때문에 정말 너무 어두워.

그런 곳에 밝은 광원이 있다면 그 광원에서 나오는 빛은 그 흐릿한 빛을 삼켜버리고만다.

이는 마치 한낮에 100미터 거리에 떨어진 수mm짜리 전구를 육안으로 찾는것과 비슷한 경우라서 관측하는 데 크나큰 장애가 됨.

겉으로는 아무것도 안보일지 몰라도 눈에 안보이는 물질 때문에 제대로 된 관측이 힘들 수 있다.

학자들은 상의를 거듭한 끝에 후보지역을 10개정도 선별했는데, 그중 대부분은 후자의 이유때문에 탈락되고 결국 큰곰자리에 위치한 작은 구역이 정해졌다.

사실 이런 먼 곳에서 날아오는 빛은 매우 희미해서 제아무리 허블우주망원경이라고 해도 그냥 찍으면 매우 흐릿한 영상만 나오기 마련인데,

이때문에 허블우주망원경도 노출기법을 이용해서 그곳에서 나오는 빛을 장시간 받아들임. 하지만 허블우주망원경은 지구를 중심으로 돌고있기 때문에 노출 시간이 매우 제한적이다. 허블우주망원경을 돌리면서 하면 되지않느냐는 질문도 할 수 있는데, 우주공간에 떠있는 인공구조물들은 에너지가 생명이기 때문에 에너지를 함부로 낭비해선 안됨.

허블우주망원경은 게다가 망원경 자체도 꽤나 크고 공전속도도 매우 빠르기 때문에 일일이 방향을 바꾸기란 거의 불가능에

가깝고. 어쨋든 허블우주망원경은 300nm, 450nm, 606nm, 814nm대의 파장들로 나누어서 장기간 노출시켜 이미지를 얻는데, 아까 말했듯이 노출시간은 한바퀴에 단 수초에서 수분정도로 극히 제한적이기 때문에 노출시간 단위는 초로 세지 않고 바퀴(orbit) 단위로 셈. 바퀴 단위가 클 수록 그만큼 오래 노출시켰다는 의미.

 파장을 근자외선부터 근적외선의 가시광영역에 집중시키는 이유는 그 파장대가 그나마 덜 방해를 받기 때문인데. 전파로 관측하게 되면 수많은 잡파장들때문에 아예 보이지도 않을것이다.

 전파는 우주배경복사를 이루며 전우주에 존재하기 때문. 그렇다고해서 적외선밑의 짧은 파장대의

경우 허블우주망원경에 관측장비가 없기 때문에 볼 수가 없고. 찬드라우주망원경이라면 볼 수 있을지도.

왼쪽위부터 오른쪽으로 각각 300, 450 606 814nm파장대에서 찍은 것이다.

첫 이미지는 1995년에 발표되었는데, 이때 얻은 이미지는 허블이 무려 지구를 150바퀴나 회전해서 얻었다고..이를 시간으로 환산하면 대략 37시간 정도이다.

그후 1년이 지나 1996년 미 천문학회에서 최종적인 이미지를 공개했는데, 그 이미지는 다음과 같다.

이 이미지에는 대략 3천여개의 은하들이 보이는데,(테니스공만큼 작은 영역을 관찰해도 이정도)

중에는 우리은하에 존재하는 백색왜성도 있고 멀리 떨어진 퀘이사도 있었다고해.

4. HUDF와 현재 진행경과

조금 더 젊은 우주를 보기 위한 인간들의 노력은 결국 허블울트라딥필드 프로젝트를 탄생시킨다.

 2002년도와 2003년도에 있었던 허블우주망원경의 대규모 수리 및 개조 과정에서 ACS(Advanced Camera for Survey)가 장착되어 좀 더 선명한 이미지를 얻어낼 수 있자 학자들은 큰곰자리 구역 말고도

큰곰자리 옆에 있는 포낙스(화로)자리에서 새로운 프로젝트를 벌이는데, 바로 HUDF이다. 이 프로젝트는 2003년에 본격적으로 진행되었고 2009년 WFC3(Wide Field Camera 3)을 탑재한 후 좀 더 세밀한 관측을 할 수 있게되었다.

개조 전후의 이미지 변화

현재 진행 상황

위쪽을 확대한 사진이다.

이 프로젝트는 현재 계속 진행중이다. 위 사진은 HUDF의 중간보고쯤 되는 결과물로 이전보다 훨씬 선명한 사진임을 알 수 있슴.

또 HUDF는 이전 HDF의 관측구역인 큰곰자리쪽으로 망원경을 돌려 찍은 후 이전의 이미지와 합성을 시켰다고한다.

주로 사용된 기기는 2002년, 2009년 개조과정에서 장착된 ACS, WFC3.

이 기기들을 이용해 10년동안 200만초가까이 노출시켜 만든 2천장의 사진을 이용해 합성을 한 사진이 바로 아래.

5. 앞으로의 계획

앞으로는 기술의 발전으로 제임스웹 망원경이나 차세대 지상망원경 등을 통해 보다 선명한 이미지를 얻을 수 있을 것이고 우주 초기의 은하들의 생성 및 발전 과정에 도움을 줄 것으로 기대하고있다. 

위의 이미지들은 무려 130억년 전 은하로부터 나온 빛을 찍은 것. 이들은 현재 우주의 팽창 때문에 지구와 최소 수백억광년은 떨어져있다고 봐야함. 

이들이야말로 진정한 살아있는 공룡인것이다.(Living Dinosaurs, 과학자들이 멀리 있는 천체들을 두고 하는 비유적인 표현으로, 과거의 모습을 또렷하게 보여주기 때문이라고한다.)

http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/37/

http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Ultra-Deep_Field

http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Deep_Field