허블 딥 필드는 1995년에 허블 우주 망원경이 찍은, 거의 비어 있는 아주 작은 하늘 조각의 사진이다. 이 사진에는 서로 다른 여러 거리에 있는 은하 약 3,000개가 담겨 있다. 거리가 확인된 은하 가운데 2000년 현재 가장 먼 은하들은 약 128억 년 전에 출발한 빛으로 관측되는데, 이 빛은 지구에 닿기까지 약 128억 광년을 이동했으며, 광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리이다. 그 뒤로 우주가 팽창했기 때문에, 이 은하들은 지금 지구에서 약 270억 광년 떨어져 있다.

거리

허블 딥 필드까지의 거리는 하나로 정해지지 않는다. 이 사진은 우주를 가로지르는 좁은 관을 따라 내다본 모습이며, 그 안의 은하들은 관을 따라 온갖 거리에 놓여 있다. 천문학자들은 은하까지의 거리를 적색편이로 알아낸다. 적색편이는 은하에서 온 빛을 우주 팽창이 얼마나 늘였는지를 나타내는 척도이다. 적색편이가 클수록 빛은 더 오래전에 출발한 것이다.

2000년까지 천문학자들은 주 영역에서 약 150개의 적색편이를 측정했으며, 값은 0.089에서 5.60까지였다. 가장 먼 두 은하는 적색편이가 5.34와 5.60으로, 먼저 색깔로 골라낸 뒤 1998년에 확인되었다. 사진 속 대부분의 은하는 너무 희미해서 이런 방법으로는 적색편이를 측정할 수 없다.

적색편이를 거리로 바꾸려면 우주가 어떻게 팽창해 왔는지에 대한 모형이 필요하다. 플랑크 위성이 측정한 값을 쓰면, 적색편이 5.60의 빛은 약 128억 년 전, 우주의 나이가 약 10억 년이던 때에 출발했다. 이 빛이 이동하는 동안 공간이 늘어났으므로, 빛을 보낸 은하는 지금 약 270억 광년 떨어져 있다. 같은 모형에 따르면, 이 영역에서 가장 가까운 은하들은 적색편이가 0.089이며 약 13억 광년 떨어져 있다.

크기 비교

허블 딥 필드는 23미터 떨어진 곳에서 본 미국 10센트 동전과 비슷한 너비의 하늘 조각을 덮는다.
이 하늘 조각의 너비는 보름달일 때의 달 지름의 약 13분의 1이다. 같은 크기의 사진이 약 2800만 장 있어야 하늘 전체를 덮을 수 있다.
적색편이 1.6~2.1에 있는 것으로 제안된 구조인 헤라클레스자리-북쪽왕관자리 장성에서 온 빛은 약 100억 년 전에 출발했다. 이 빛은 딥 필드에서 거리가 확인된 가장 먼 은하들의 빛보다 약 20억~30억 년 늦게 출발했다.
관측 가능한 우주의 가장자리는 오늘날 약 460억 광년 떨어져 있다. 적색편이 5.60에 있으며 지금은 약 270억 광년 떨어진 은하는 그 가장자리까지 거리의 절반을 조금 넘는 지점에 있다.

사진을 만든 과정

당시 우주망원경과학연구소(Space Telescope Science Institute) 소장이던 로버트 윌리엄스(Robert Williams)는 자신에게 주어진 망원경 관측 시간의 상당 부분을 이 프로젝트에 썼다. 그의 팀은 북두칠성의 손잡이 부분 근처, 큰곰자리에 있는 지점을 골랐는데, 이곳은 별이 빽빽한 우리 은하 평면에서 멀리 떨어져 있다. 허블은 1995년 12월 18일부터 28일까지 열흘 동안 이곳을 342회 노출로 촬영했다.

노출은 자외선, 파란색, 빨간색, 적외선 빛으로 이루어졌으며, 하나의 컬러 사진으로 합쳐졌다. 대부분의 은하는 밝기가 사람 눈으로 볼 수 있는 밝기의 약 40억분의 1이다. 우주는 어느 방향으로 보아도 거의 비슷해 보이므로, 이 영역은 하늘 전체를 대표하는 것으로 여겨진다.

더 깊은 영역

허블은 1998년에 남쪽 하늘에서 이 프로젝트를 되풀이해, 큰부리새자리에 있는 허블 딥 필드 사우스를 촬영했다. 2004년의 허블 울트라 딥 필드는 노출 시간이 모두 합쳐 100만 초인 사진을 사용했으며, 약 1만 개의 은하를 보여 주었다. 이 영상은 빅뱅 이후 가장 먼저 형성된 은하 가운데 일부까지 포착했다.

출처

Hubble's Deepest View of the Universe Unveils Bewildering Galaxies across Billions of Years. NASA, 1996.
Hubble's Deep Fields. NASA Science.
The Hubble Deep Fields. Ferguson et al., Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2000.
Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Planck Collaboration, Astronomy and Astrophysics, 2020.
Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the Universe. Davis and Lineweaver, Publications of the Astronomical Society of Australia, 2004.
Possible structure in the GRB sky distribution at redshift two. Horváth et al., Astronomy and Astrophysics, 2014.

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