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허블 울트라 딥 필드

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목차

1. 개요

허블 울트라 딥 필드(HUDF)는 허블 우주 망원경을 사용하여 촬영된 심층 우주 이미지로, 빅뱅 이후 초기 우주의 은하들을 연구하기 위해 제작되었다. 2003년과 2004년에 걸쳐 수행된 관측을 통해 얻어진 이 이미지는 총 11.3일 동안 800개의 노출로 구성되었으며, 1만 개 이상의 은하를 포함하고 있다. HUDF는 130억 광년 이상 떨어진 은하들을 포함하며, 은하의 진화와 우주 초기의 상태를 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다. 2012년에는 HUDF의 중심 영역을 확대한 허블 익스트림 딥 필드(HXDF)가 공개되어 더욱 깊은 우주의 모습을 담아냈다.

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허블 울트라 딥 필드
기본 정보
허블 딥 UV (HDUV) 레거시 서베이; 1만 5천 개의 은하, 2018년 8월 16일 공개
허블 딥 UV (HDUV) 레거시 서베이; 1만 5천 개의 은하, 2018년 8월 16일 공개
ABYSS WFC3/IR 허블 울트라 딥 필드; 2019년 1월 24일 공개
ABYSS WFC3/IR 허블 울트라 딥 필드; 2019년 1월 24일 공개
위치 (적경)03시 32분 39.0초
위치 (적위)-27° 47′ 29.1″
거리1000억 광년
관측 및 연구
최초 관측허블 우주 망원경
주요 목표초기 우주의 은하 연구
특징허블 딥 필드보다 더 깊고 넓은 영역 관측
초기 우주의 은하 진화 연구에 중요한 자료 제공
관측 데이터가시광선, 자외선, 적외선 영역에서 관측
다양한 파장 데이터를 결합하여 은하의 특성 분석
연구 결과초기 우주에 존재했던 작고 푸른 은하들의 발견
관련 프로젝트허블 울트라 딥 필드 2014
허블 익스트림 딥 필드 (XDF)
추가 정보
참고 자료허블사이트: 뉴스 - 허블의 가장 깊은 우주 관측, 이전에는 볼 수 없었던 은하들을 밝히다 허블사이트: 뉴스 - 허블의 가장 깊은 우주 관측, 이전에는 볼 수 없었던 은하들을 밝히다
NASA: 허블, 우주의 가장 먼 곳을 조립하기 위해 극한으로 가다 NASA: 허블, 우주의 가장 먼 곳을 조립하기 위해 극한으로 가다
카나리아 천체물리학 연구소 (IAC): 허블의 가장 깊은 이미지를 더욱 깊게 만들기 카나리아 천체물리학 연구소 (IAC): 허블의 가장 깊은 이미지를 더욱 깊게 만들기
관련 논문Bouwens, R.J. et al. "Discovery of z~8 Galaxies in the HUDF from ultra-deep WFC3/IR Observations" Discovery of z~8 Galaxies in the HUDF from ultra-deep WFC3/IR Observations
Martínez-Lombilla, Cristina et al. "The missing light of the Hubble Ultra Deep Field" The missing light of the Hubble Ultra Deep Field

2. 계획

수년 동안 원래의 허블 딥 필드, 허블 딥 필드 사우스 및 GOODS 샘플이 분석되어 HDF(허블 딥 필드)가 조사한 높은 적색편이에서 통계가 증가했다. 첨단측량카메라(ACS)(Advanced Camera for Surveys) 검출기가 허블 우주 망원경(HST)에 설치되었을 때, 초심도 필드는 현재 관측된 것보다 훨씬 더 높은 적색편이까지 은하 형성을 관측할 수 있을 뿐만 아니라 중간 적색편이(z~2)에서 은하 형성에 대한 더 많은 정보를 제공할 수 있다는 것을 알게 되었다.[12] ACS를 사용한 탐사를 최상으로 수행하는 방법에 대한 워크숍이 2002년 말 우주망원경과학연구소(STScI)(Space Telescope Science Institute)에서 열렸다. 이 워크숍에서 마시모 스티아벨리는 우주의 재이온화를 담당하는 천체를 연구하는 방법으로 초심도 필드를 주장했다.[11] 워크숍 이후, STScI 소장인 스티븐 벡위스는 소장 재량 시간 400회를 UDF(초심도 필드)에 할당하기로 결정하고, 스티아벨리를 관측을 실행하는 홈 팀의 책임자로 임명했다.

딥 필드와 달리 HUDF(허블 울트라 딥 필드)는 허블 우주 망원경의 연속 관측 영역(CVZ)에 위치하지 않는다. 광시야 및 행성 카메라 2(WFPC2)(Wide Field and Planetary Camera 2) 카메라를 사용한 초기 관측은 지구광이 관측을 오염시키는 경우 높은 노이즈를 가진 파장을 사용하여 이 영역에서 관측 시간을 늘리는 이점을 활용할 수 있었다. 그러나 ACS는 이러한 파장에서 관측하지 않으므로 이점이 줄어들었다.[12]

이전 필드와 마찬가지로 이 필드는 우리 은하의 방출이 매우 적고 황도광이 거의 없는 것이 필요했다. 또한 이 필드는 적위 범위 내에 있어야 하므로 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체와 같이 남반구에 있는 장비와 하와이에 있는 장비와 같이 북반구에 있는 장비 모두에서 관측할 수 있어야 했다. 궁극적으로 찬드라 딥 필드 사우스의 일부를 관측하기로 결정되었는데, 이는 찬드라 X선 관측소의 기존 심도 있는 X선 관측과 같은 위치의 GOODS 샘플에서 이미 관측된 두 개의 흥미로운 천체(적색편이 5.8 은하와 초신성) 때문이었다. 필드의 좌표는 적경 3h 32m 39.0s, 적위 -27° 47′ 29.1″ (J2000)이다. 필드는 한 변이 200각초이며 총 면적은 11제곱분이다.[12] 그리고 이 필드는 화로자리에 있다.[13]

3. 관측

하늘에서 허블 울트라 딥 필드의 위치


허블 우주 망원경의 ACS에는 435, 606, 775, 850 nm를 중심으로 한 4개의 필터가 사용되었으며, 모든 필터에서 동일한 감도를 얻도록 노출 시간이 설정되었다. 이러한 파장 범위는 GOODS 샘플에서 사용된 것과 일치하여 두 가지를 직접 비교할 수 있다. 딥 필드와 마찬가지로 HUDF는 소장 책임자 재량 시간(Directors Discretionary Time)을 사용했다. 최상의 해상도를 얻기 위해, 관측은 각 노출에 대해 망원경의 방향을 약간 다른 위치로 조정하는 디더링 방식으로 이루어졌으며, 이는 허블 딥 필드에서 시험된 방식이다. 따라서 최종 이미지는 픽셀 자체만으로는 일반적으로 허용하는 것보다 더 높은 해상도를 갖는다.[12]

관측은 2003년 9월 23일부터 10월 28일까지, 그리고 2003년 12월 4일부터 2004년 1월 15일까지 두 차례에 걸쳐 이루어졌다. 총 노출 시간은 400회의 궤도에서 약 100만 초 미만이며, 일반적인 노출 시간은 1200초이다.[12] 총 11.3일에 걸쳐 800개의 ACS 노출이 이루어졌으며, 궤도당 2회씩 노출되었다. NICMOS는 4.5일 동안 관측했다. 모든 개별 ACS 노출은 Anton Koekemoer에 의해 처리되어 과학적으로 유용한 이미지 세트로 결합되었으며, 각 이미지의 총 노출 시간은 134,900초에서 347,100초까지 다양하다. 동일한 감도로 전체 하늘을 관측하려면 HST는 100만 년 동안 계속 관측해야 한다.[13]

ACS로 HUDF에 대해 수행된 관측.[12]
카메라필터파장총 노출 시간노출 횟수
ACSF435W435 nm134,880 s (56 궤도)112
ACSF606W606 nm135,320 s (56 궤도)112
ACSF775W775 nm347,110 s (144 궤도)288
ACSF850LP850 nm346,620 s (144 궤도)288



ACS의 감도는 적색편이가 높은 은하를 약 6 정도까지 감지하는 능력을 제한한다. ACS 이미지와 병행하여 얻은 깊은 NICMOS 필드는 원칙적으로 적색편이 7 이상의 은하를 감지하는 데 사용될 수 있지만, 유사한 깊이의 가시광선 대역 이미지가 부족했다. 가시광선 대역에서는 보이지 않아야 하므로, 고적색편이 천체를 식별하는 데 이러한 이미지가 필요하다. NICMOS 병렬 필드 위에 깊은 가시광선 노출을 얻기 위해 후속 프로그램인 HUDF05가 승인되었으며, 두 개의 병렬 필드를 관측하기 위해 204개의 궤도가 할당되었다(GO-10632).[14] HST의 방향은 추가 NICMOS 병렬 이미지가 주 UDF 필드 위에 떨어지도록 선택되었다.

2009년 허블에 WFC3가 설치된 후, HUDF09 프로그램(GO-11563)은 새롭게 제공되는 F105W, F125W 및 F160W 적외선 필터(Y, J 및 H 대역에 해당)를 사용하여 HUDF를 포함한 세 개의 필드 관측에 192개의 궤도를 할당했다.[4][15]

WFC3로 HUDF에 대해 수행된 관측
카메라필터파장노출 시간
WFC3F105W1050nm ± 150nm16 궤도, 14개 사용 가능
WFC3F125W1250nm ± 150nm16 궤도
WFC3F160W1600nm ± 150nm28 궤도



탐사 영역은 물병자리(ろ座) 약 1도 영역이다. 미광 천체 카메라 및 적외선 카메라를 사용하여 2003년 9월 24일부터 2004년 1월 16일까지 관측을 실시했다(실제 관측 일수는 11.5일). 얻어진 영상에는 적색편이 z = 3(약 ) 이상을 보이는 은하가 1만 개 이상 담겨 있으며, 그중에는 z = 6~7(약 ~약 [19])의 은하도 포함되어 있다. 또한, 일반적인 나선은하와 타원은하와 함께 다양한 기묘한 형태의 은하 영상이 얻어졌다. HUDF에서 발견된 적색왜성 UDF 2457은 59000ly 거리에 있으며, 이는 지름이 80000ly~100000ly으로 여겨지는 은하수 내에서 관측된 가장 먼 별일 가능성이 있다.

HUDF 관측을 통해 우주 초기의 혼돈스러운 상태에서 은하들이 서로 영향을 주고받는 모습을 직접 확인할 수 있다.

4. 관측 결과

허블 울트라 딥 필드(HUDF)는 지금까지 촬영된 가장 깊은 우주 이미지이며, 빅뱅 후 4억 년에서 8억 년 사이(적색편이 7~12)에 존재했던 은하를 찾는 데 사용되었다.[13] HUDF의 여러 은하는 측광 적색편이를 기반으로 가장 먼 천체 중 하나일 가능성이 있다. 5만 9천 광년 떨어진 적색왜성 UDF 2457은 HUDF가 분해한 가장 먼 별이다.[16]

ACS가 촬영한 영역에는 1만 개가 넘는 천체가 포함되어 있으며, 그 대부분은 은하이다. 많은 은하의 적색편이는 3보다 크며, 일부는 적색편이가 6~7 사이일 가능성이 높다.[12] NICMOS 측정을 통해 적색편이가 최대 12인 은하가 발견되었을 수 있다.[13] 탐사 영역은 물병자리(ろ座) 약 1도 영역이다. 미광 천체 카메라 및 적외선 카메라를 사용하여 2003년 9월 24일부터 2004년 1월 16일까지 관측을 실시했다(실제 관측 일수는 11.5일). 얻어진 영상에는 적색편이 z = 3(약 117억 광년) 이상을 보이는 은하가 1만 개 이상 담겨 있으며, 그중에는 z = 6~7(약 128.9억 광년~약 130.6억 광년[19])의 은하도 포함되어 있다. 또한, 일반적인 나선은하와 타원은하와 함께 다양한 기묘한 형태의 은하 영상이 얻어졌다. HUDF에서 발견된 적색왜성 UDF 2457은 59,000광년의 거리에 있다.

HUDF 관측을 통해 우주 초기의 혼돈스러운 상태에서 은하들이 서로 영향을 주고받는 모습을 직접 확인할 수 있다.

5. 과학적 성과

허블 울트라 딥 필드(HUDF)는 지금까지 촬영된 가장 깊은 우주 이미지이며, 빅뱅 후 4억 년에서 8억 년 사이(적색편이 7~12)에 존재했던 은하를 찾는 데 사용되었다.[13] HUDF의 여러 은하는 측광 적색편이를 기반으로 가장 먼 천체 중 하나일 가능성이 있다. 5만 9천 광년 떨어진 적색왜성 UDF 2457은 HUDF가 분해한 가장 먼 별이다.[16]

ACS가 촬영한 영역에는 1만 개가 넘는 천체가 포함되어 있으며, 그 대부분은 은하이다. 많은 은하의 적색편이는 3보다 크며, 일부는 적색편이가 6~7 사이일 가능성이 높다.[12] NICMOS 측정을 통해 적색편이가 최대 12인 은하가 발견되었을 수 있다.[13] 허블 울트라 딥 필드는 빅뱅 후 10억 년 이내의 매우 초기 단계에서 높은 항성 형성률을 보여주었으며,[12] 다양한 시대의 은하 분포, 개수, 크기 및 광도를 더 잘 특징짓는 것을 가능하게 하여 은하의 진화에 대한 연구를 도왔다.[12] 높은 적색편이를 가진 은하는 낮은 적색편이를 가진 은하보다 더 작고 덜 대칭적인 것으로 확인되어 빅뱅 후 처음 몇십억 년 동안 은하의 급속한 진화를 보여준다.[12]

HUDF 관측을 통해 우주 초기의 혼돈스러운 상태에서 은하들이 서로 영향을 주고받는 모습을 직접 확인할 수 있다.

6. 허블 익스트림 딥 필드 (Hubble eXtreme Deep Field, HXDF)



2012년 9월 25일에 공개된 허블 극심해 딥 필드(HXDF, Hubble eXtreme Deep Field)는 허블 울트라 딥 필드 이미지 중심 부분의 우주 영역 이미지이다. 10년에 걸쳐 총 200만 초(약 23일)의 노출 시간을 수집하여 만들어졌으며, 2.3분 × 2분의 영역[18]을 담고 있다. 이는 HUDF 면적의 약 80%에 해당하며, 하늘의 약 3,200만분의 1에 해당하는 영역이다.

HXDF에는 약 5,500개의 은하가 포함되어 있으며, 그중 가장 오래된 은하는 132억 년 전의 모습으로 보인다. 가장 희미한 은하는 인간의 눈으로 볼 수 있는 밝기의 100억분의 1이다. 이미지의 붉은 은하는 노년기에 주요 충돌을 겪은 은하의 잔해이다. 이미지의 많은 작은 은하는 결국 우리 은하와 이웃 은하와 비슷한 주요 은하로 발전한 매우 젊은 은하이다.[5]

달 크기와 비교한 XDF 크기


HXDF 이미지는 전경면의 성숙한 은하, 50억 년에서 90억 년 전의 거의 성숙한 은하, 그리고 90억 년 이상 된 원시은하를 보여준다.


탐사 영역은 물병자리(ろ座) 약 1도 영역이다. 미광 천체 카메라 및 적외선 카메라를 사용하여 2003년 9월 24일부터 2004년 1월 16일까지 관측을 실시했다(실제 관측 일수는 11.5일). 얻어진 영상에는 적색편이 z = 3(약 117억 광년) 이상을 보이는 은하가 1만 개 이상 담겨 있으며, 그중에는 z = 6~7(약 128.9억 광년~약 130.6억 광년[19])의 은하도 포함되어 있다. 또한, 일반적인 나선은하와 타원은하와 함께 다양한 기묘한 형태의 은하 영상이 얻어졌다. HUDF에서 발견된 적색왜성 UDF 2457은 59,000광년의 거리에 있으며, 이는 지름이 8만~10만 광년으로 여겨지는 은하수 내에서 관측된 가장 먼 별일 가능성이 있다.

HUDF 관측을 통해 우주 초기의 혼돈스러운 상태에서 은하들이 서로 영향을 주고받는 모습을 직접 확인할 수 있다.

참조

[1] 웹사이트 HubbleSite: Categories - news https://web.archive.[...] 2014-02-26
[2] 웹사이트 Moon Illusion https://web.archive.[...] 2014-02-26
[3] 웹사이트 HubbleSite: News - Hubble's Deepest View of Universe Unveils Never-Before-Seen Galaxies http://hubblesite.or[...]
[4] 논문 Discovery of z~8 Galaxies in the HUDF from ultra-deep WFC3/IR Observations
[5] 웹사이트 Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest-Ever View of the Universe http://www.nasa.gov/[...] NASA 2012-09-25
[6] 간행물 IAC PRESS RELEASE - Making the Hubble's deepest images even deeper http://www.iac.es/di[...] 2019-01-24
[7] 웹사이트 Hubble Ultra Deep Field 2014 http://hubblesite.or[...] 2022-01-25
[8] 웹사이트 Instituto de Astrofísica de Canarias - IAC - Educational Outreach http://www.iac.es/di[...] 2019-01-24
[9] 논문 The missing light of the Hubble Ultra Deep Field https://www.aanda.or[...] 2019-01-01
[10] 논문 The missing light of the Hubble Ultra Deep Field 2019-01
[11] 논문 Observable Properties of Cosmological Reionization Sources
[12] 논문 The Hubble Ultra Deep Field 2006
[13] 보도자료 Hubble's Deepest View Ever of the Universe Unveils Earliest Galaxies https://hubblesite.o[...] NASA 2004-03-09
[14] 웹사이트 10632 Program Information http://www.stsci.edu[...]
[15] 웹사이트 11563 Program Information http://www.stsci.edu[...]
[16] 웹사이트 As far as the Hubble can see http://malhotra.asu.[...] Arizona State University 2010-10-28
[17] 웹사이트 Highlight HUDF Center at 3 32 39.0 -27 47 29.1 http://www.wikisky.o[...] Wikisky 2010-10-28
[18] 웹사이트 Hubble Goes to the eXtreme to Assemble Farthest Ever View of the Universe https://web.archive.[...] 2012-09-25
[19] 웹사이트 赤方偏移と距離との関係 http://www.lizard-ta[...]
[20] 웹사이트 이 사진에는 약 1만 개에 이르는 은하들이 잡혀 있다. http://hubblesite.or[...]
[21] 웹인용 Space Telescope Science Institute Newsletter Vol 20 Issue 4 https://web.archive.[...] 2008-04-03


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