NASA의 로마 임무는 경쟁 우주 가속 이론을 테스트합니다.

Roman은 분광학(빛의 색상 정보 연구)을 포함한 여러 방법을 사용하여 이 미스터리를 탐구할 것입니다. 

이 기술을 통해 과학자들은 다양한 우주 시대에 우주가 얼마나 빨리 팽창했는지 정확하게 측정하고 우주가 어떻게 진화했는지 추적할 수 있습니다.

 

과학자 팀은 NASA의 낸시 그레이스 로만 우주 망원경(Nancy Grace Roman Space Telescope)의 획기적인 계획 조사 중 하나에서 과학의 귀환을 예측했습니다. 이 조사는 시공간에 흩어져 있는 수백만 개의 은하를 분석할 것입니다. 이 임무의 거대하고 깊은 파노라마는 무엇이 우주의 팽창을 가속화하고 있는지에 대한 주요 이론을 분별할 수 있는 최고의 기회를 제공할 것입니다.

 

캘리포니아 패서디나에 있는 Caltech/IPAC의 선임 연구 과학자이자 연구의 주저자인 Yun Wang은 "우리 연구는 Roman의 분광학 조사가 과학을 가능하게 하고 다양한 조정이 설계를 최적화할 수 있는 방법을 보여줍니다"라고 말했습니다. 로마 과학 지원 센터로서 IPAC는 임무의 분광 과학 데이터 처리를 담당하고 볼티모어의 우주 망원경 과학 연구소는 이미징 과학 데이터 처리, 카탈로그 생성 및 우주론 데이터 처리 파이프라인 지원을 담당합니다. 

 

"이 조사는 우주 가속도를 탐구하기 위해 고안된 것이지만, 다른 많은 흥미진진한 신비에 대한 단서도 제공할 것입니다. 그것은 우리가 1세대 은하를 이해하는 데 도움이 될 것이며 암흑 물질의 지도를 작성하는 데 도움이 될 것입니다. 심지어 우리의 지역 은하 그룹에서 집에 훨씬 더 가까운 구조에 대한 정보를 공개합니다."

 

2027년 5월에 발사될 예정인 로마 우주 망원경은 과학자들이 우주의 신비를 전례 없는 방식으로 연구하는 데 도움이 될 엄청난 우주의 모습을 제공할 것입니다. 각 이미지에는 많은 천체 에 대한 정확한 측정값 이 포함되어 있어 더 좁은 시야를 가진 망원경을 사용하여 실용적이지 않은 통계적 연구를 수행할 수 있습니다.

 

현재 계획에서 Roman의 분광학 조사는 불과 7개월 만에 거의 2,000 제곱도 또는 하늘의 약 5%를 덮을 것입니다. 연구팀의 결과에 따르면 망원경에 도달하는 빛은 우주가 훨씬 젊었을 때 여행을 시작했기 때문에 우주의 나이가 약 30~60억 년 사이였을 때부터 천만 개의 은하에 대한 정확한 거리를 조사해야 합니다. 이러한 측정을 통해 천문학자들은 거미줄 같은 대규모 우주 구조를 매핑할 수 있습니다. 이 조사는 또한 우주 역사의 훨씬 더 이른 시기인 200만 ~ 30억 년 전인 대규모 우주 구조의 미개척 영역인 200만 은하에 대한 거리를 공개할 것입니다.

 

 

우리가 우주에서 받는 거의 모든 정보는 빛에서 옵니다. 

Roman은 이미지를 캡처하기 위해 빛을 사용하지만 개별 색상 으로 분해하여 빛을 연구하기도 합니다.스펙트럼이라고 하는 상세한 파장 패턴은 빛을 방출하는 물체에 대한 정보를 보여줍니다. 여기에는 물체가 얼마나 빨리 우리에게서 멀어지는지 포함됩니다. 천문학자들은 이 현상을 "적색 편이"라고 부릅니다. 왜냐하면 물체가 후퇴할 때 물체로부터 받는 모든 광파가 늘어나서 더 붉은 파장으로 이동하기 때문입니다.

 

Roman의 분광학 조사는 수백만 개의 은하의 정확한 거리와 위치를 측정하여 우주의 3D 지도를 만들 것입니다. 은하의 분포가 거리와 시간에 따라 어떻게 변하는지 알게 되면 다른 우주 시대에 우주가 얼마나 빨리 팽창했는지 알 수 있습니다.

이 연구는 또한 은하의 거리를 빅뱅 직후의 음파의 메아리와 연결합니다. 중입자 음향 진동 (BAO) 이라고 하는 이러한 음파는 공간의 확장으로 인해 시간이 지남에 따라 성장했으며 은하 분포에 영향을 주어 우주에 흔적을 남겼습니다. 현대의 모든 은하는 우리가 약간 더 가깝거나 멀리 있는 은하를 찾는 것보다 약 5억 광년 떨어진 다른 은하를 찾을 가능성이 더 높습니다.

 

우주를 더 멀리 내다보면, 더 이른 우주 시대로 갈수록 은하 들 사이의 선호되는 물리적 거리 (BAO 잔물결의 흔적)가 줄어든다. 이것은 우주의 팽창 역사에 대한 측정치를 제공합니다. 은하의 적색 편이는 또한 적색편이 공간 왜곡이라고 불리는 이웃의 중력으로 인한 움직임에 대한 정보를 인코딩하는데, 이는 천문학자들이 대규모 구조의 성장 역사를 추적하는 데 도움이 됩니다. 우주가 팽창한 방식과 시간이 지남에 따라 그 안에서 구조가 어떻게 성장했는지에 대해 배우면 과학자들은 우주 가속의 본질을 탐구하고 우주의 나이에 대한 아인슈타인의 중력 이론을 테스트할 수 있습니다.

 

이 6개의 정육면체는 적색 편이 9, 8, 5, 3, 2, 1에서 은하의 시뮬레이션된 분포를 보여주며 해당 우주 나이가 표시됩니다. 우주가 팽창함에 따라 각 입방체 내 은하의 밀도는 왼쪽 상단의 50만 개 이상에서 오른쪽 하단의 약 80개로 감소합니다. 각 정육면체의 너비는 약 1억 광년입니다. 큰 공극으로 분리된 거대한 가스 가닥을 따라 모인 은하들은 큰 우주 규모로 현재 우주에 울려 퍼지는 거품 같은 구조입니다. 

 

암흑 에너지 대 수정 중력

우주가 팽창함에 따라 그 안에 있는 물질의 중력이 팽창을 늦춰야 합니다. 천문학자들은 우주의 팽창이 가속화되고 있다는 사실을 알고 놀랐습니다. 이는 우주에 대한 우리의 그림이 잘못되었거나 불완전하다는 것을 의미하기 때문입니다. 이 신비는 과학자들이 암흑 에너지라고 명명한 우주에 새로운 에너지 구성요소를 추가함으로써 설명될 수 있거나, 아인슈타인의 중력 이론(일반 상대성 이론)에 수정이 필요하다는 것을 나타낼 수 있습니다.

 

중력과 같은 근본적인 것을 설명하는 방정식을 변경하는 것은 극단적으로 보일 수 있지만 이전에 수행되었습니다. 아이작 뉴턴의 중력 법칙은 수성 궤도의 작지만 신비한 움직임과 같이 천문학자들이 관찰한 몇 가지를 설명할 수 없었습니다.

 

천문학자들은 궁극적으로 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 수성의 궤도 이동과 같은 표면화된 문제를 완벽하게 설명한다는 것을 깨달았습니다. 중력에 대한 뉴턴의 설명에서 아인슈타인의 설명으로 전환하는 것은 우리가 공간과 시간을 보는 방식을 개별적이고 일정하지 않고 상호 연결된 방식으로 변화시켜 현대 물리학을 변형시키는 것과 관련이 있습니다.

이 그래픽은 우주론적 적색편이가 어떻게 작동하고 우주의 진화에 대한 정보를 제공하는지 보여줍니다. 우주는 팽창하고 있고, 그 팽창은 공간을 여행하는 빛을 늘립니다. 더 많이 늘어날수록 적색편이가 더 커지고 빛이 이동한 거리도 더 멀어집니다. 결과적으로 가장 먼 최초의 은하에서 오는 빛을 보려면 적외선 감지기가 있는 망원경이 필요합니다. 크레딧: NASA, ESA, Leah Hustak(STScI)

우주 가속은 아인슈타인의 중력 이론이 여전히 옳지 않다는 신호일 수 있습니다. 일반 상대성 이론은 우리 태양계의 크기에 대한 물리적 규모에서 매우 잘 테스트되었지만 더 큰 우주론적 규모로 이동할수록 덜 테스트됩니다. 팀은 Roman의 성능을 시뮬레이션하고 우주에 대한 임무의 거대하고 깊은 3D 이미지가 우주 가속을 설명하려는 주요 이론을 구별할 수 있는 최고의 기회 중 하나를 제공할 것임을 보여주었습니다.

Wang은 " 우주 가속 이 암흑 에너지에 의해 발생한다는 것을 알게 되거나 아인슈타인의 중력 이론을 수정해야 한다는 것을 알게 된 두 경우 모두 새로운 물리학을 기대할 수 있습니다."라고 말했습니다. "로마는 두 이론을 동시에 시험할 것이다."