2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 이희원 세종대학교 천문우주학과, 우주구조와 진화 연구센터 (Astrophysical Research Center for the Structure and Evolution of the Cosmos, ARCSEC ’’ ) 가장.

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1 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 이희원 세종대학교 천문우주학과, 우주구조와 진화 연구센터 (Astrophysical Research Center for the Structure and Evolution of the Cosmos, ARCSEC ’’ ) 가장 먼 퀘이사와 은하를 찾아서 2009 년 4 월 20 일 용화여고

2 2009 년 4 월 210 세종대학교 천문우주학과 1. 첨단 대형 망원경들 -Time machine 2. Hubble 심우주 영상 3. 정밀우주론의 시대 4. 우주의 역사와 Dark Age 5. Quasar 란 - 우주론의 등불 ? 6. SDSS Project 7. 가장 먼 Quasars 8. 가장 먼 은하 9. 요약과 결론 차례

3 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 1. 첨단 대형 망원경 -Time Machine 1.1 Hubble 우주 망원경 -3 조원 - 주경 : 2.4 m ( 고속 버스 크기 ) -600 km 상공 - UV-- IR 1.2 Keck Telescopes - 쌍둥이 망원경 ( 주경 지름이 10 미터 ) -1.8 m 거울 36 개 Mosaic -Hawaii 섬 Mauna Kea(4200 미터 )

4 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 1.3.1 Subaru Telescope -8.3 미터 주경 -Hawaii 섬 Mauna Kea 정상 -IR 영역까지 1.3.3 VLT(Very Large Telescopes) -4 개의 Unit Telescope -Chile, Cerro Paranal 1.3.2 Gemini Telescope -8.1 미터 주경 -Hawaii 섬 Mauna Kea 정상 -Chile, Cerro Pachon 1.3 단일 거울 대형 망원경들

5 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

6 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 Keck (Twin) Subaru Gemini NorthCFHT(3.6m)

7 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 2. Hubble 심우주 영상 1. 1995 년 12 월 Director Time, 10 일간 노출 2. 90’’ X 90’’ 의 시야 3. 3000 개의 은하 발견 4. 30 등급의 한계 밝기 5. Supernova 의 발견 6. 1998 년 HDF-S 를 얻음 7. HUDF (Ultra Deep Field) 를 얻음

8 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

9 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

10 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

11 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 Hubble Deep Field South with a Quasar

12 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 3. 정밀우주론의 시대 Precision Cosmology 지난 세기말의 관측연구의 성과 1. 초신성 관측 : 가속팽창 우주 2. 우주배경복사 3. 대규모 은하 및 퀘이사 탐사 관측 * 우주는 만유척력을 일으키는 암흑에너지가 73%, 만유인력을 일으키는 암흑 물질 23% 와 보통 물질 4% 로 되어 있다. * 우주의 나이는 137 억년이다.

13 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 High z Supernova

14 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 Accelerating Universe

15 초신성 수일 안에 20 등급 이 상 밝기 증가 매초 10000 km 로 팽 창하는 가스층 스펙트럼에 수소선이 보이지 않는 I 형과 수 소선이 나타나는 II 형 으로 분류

16 초신성의 스펙트럼 II – 수소선이 보임 I – 수소선이 없음 Ia – 규소선이 보임 Ib, Ic – 규소선이 없음 Ib – 헬륨선이 보임 Ic - 헬륨선이 없음 Ia – 백색왜성 II, Ib, Ic – 중성자별 혹 은 블랙홀

17 Ia 초신성 Ia 형은 백색왜성이 반성 으로부터 물질을 끌어 들여 질량이 태양의 1.4 배를 넘길 때 초신성 폭 발을 일으킨다. 일정한 최대 광도를 가 질 것으로 기대함 우주론적 거리 규모 산 정에 가장 유용한 천체 가속팽창하는 우주론 모형 건설에 가장 크게 기여

18 Ia 초신성과 가속팽창우주 암흑에너지가 지배하는 우주론 모형을 강력하게 지지

19 Core-Collapse Supernovae II 형, Ib, Ic 형은 핵붕괴 초신 성으로 중성자별과 블랙홀을 남긴다. 급격한 일련의 핵융합 반응 이 철원자핵까지 형성하면 더 이상 핵융합 반응이 지속 되기 어려움 중성자별 core 를 만든 후에 neutrino sphere 가 형성됨 중성미자가 방출되고 초신성 폭발을 일으킴

20 중성미자 (neutrino) 란 ? Pauli 가 중성자의 beta decay 의 실 험 결과를 설명하면서 존재를 예 측한 입자. 에너지와 각운동량이 보존되려면 중성자가 양성자, 전자로 붕괴할 때에 방출되어야 한다. 전자, 뮤온, 타우온에 대응하여 3 가지 중성미자가 존재한다. 정지질량이 0 이라고 추정되어 왔 다가 최근에 질량이 있다는 실험 자료가 많이 등장함. Flavor oscillation is necessary to explain the Solar Neutrino Problem. 상호작용이 매우 약해서 검출하기 가 몹시 어렵다.

21 SN 1987A 의 중성미자 검출 카미오칸데 중성미자 검 출 실험 장치 SN 1987A 에서 온 중성미 자를 검출 노벨물리학상 2002 년 (Masatoshi Koshiba)

22 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

23 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

24 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 WMAP

25 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과

26 2005 년 1 월 20 일세종대학교 천문우주학과 Precise Parameters

27 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 1. 빅뱅 – 물질, 시공간 ( 즉 우주 ) 의 탄생 2.3 분후 핵합성 – 10% of 헬륨 원 자핵 (100 억도 ) 3.38 만년후 - 원자핵과 전자의 결 합 : 원자의 탄생 (3 천도 ) 4.Dark Age : 별, 은하가 없는 우주 5. 우주의 첫별 – 우주의 재이온화 6. 차세대 별과 행성 7. 생명과 우주 Ionized Universe Neutral Universe Ionized Universe 4. 우주의 역사와 Dark Age 물질 ( 얼음 ) 원자 (H,O) 핵자 + 전자 소립자 분자 (H 2 O) 물질의 역사

28 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

29 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

30 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 Quasar – Quasi Stellar Source 사이비 별 : 점광원으로 보임 ( 별 같 이 보이지만 별이 아님 ) 강한 전파를 방출하는 퀘이사가 처음 으로 발견하였다. 보통 은하보다 수백 배의 밝기 은하핵에 놓인 ( 거대질량블랙홀 + 부 착원반 ) Redshift z=2 에서 가장 많이 발견됨 우주론의 등불 5. Quasar - 우주론의 등불 3C273: 가장 밝은 퀘이사

31 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 퀘이사의 발견 1. 제 2 차 세계대전 후 비약적인 전 파 천문학의 발전 2. 하늘에서 전파를 강하게 방출 하는 천체 탐사 3. 별은 전파를 거의 내지 않기 때 문에 전파를 방출하는 천체는 대 부분 먼 외부 은하들이다. – 많은 전파 은하의 발견 4. 전파원 목록의 제작 – 가시광 목록과 비교 5. 천체의 영상은 두 가지로 분류 : 크기가 없는 점처럼 보이는 별, 어둡지만 형체가 드러나는 은하 퀘이사란 ?

32 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 두 전파 은하 Cen A, Cyg A

33 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

34 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 퀘이사와 별의 스펙트럼

35 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 퀘이사 – 특별한 은하의 핵 활동성 은하핵 – Active Galactic Nuclei

36 2005 년 1 월 20 일세종대학교 천문우주학과

37 2005 년 1 월 20 일세종대학교 천문우주학과 퀘이사의 구조 1. 태양보다 10 억배 무거운 거대 블랙홀 2. 블랙홀로 끌려 들어가며 빠르게 회전하는 원반 3. 원반에 수직 방향으로 뻗어나가는 제트 4. 감마선에서 전파까지 모 든 전자기파 영역에서 강 력한 복사 방출

38 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 퀘이사의 에너지 방출 1. 퀘이사가 막대한 에 너지를 방출하려면 많 은 물질들을 끌어들여 야 한다. 2. 은하 형성 초기 혹은 은하와 은하가 충돌할 때에 많은 물질들이블 랙홀로 유입될 것이다.

39 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

40 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 1. Ly  forest : 이온화된 은하간 공간에 남아있는 약 간의 중성수소가 필라멘트 구조를 이룬다. 2. Lyman limit – 관측자 시선에 놓인 은하의 흡수 3. Damped Lyman alpha – 관측자 시선에 놓인 은하 퀘이사의 흡수선들 * Broad absorption lines * Quasar associated absorption lines

41 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 퀘이사 흡수선 스펙트럼

42 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

43 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 Ly  Forest & Reionization Redshift first ionisators emanating HII regions overlapping bubbles Gunn-Peterson trough  ~ 10 5 transmitted flux c = 912 A  absorption by photoionization of H and He lookback time  = 1216 A  = 1026 A

44 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과

45 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과

46 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과

47 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 1. 우주 재이온화가 끝나지 않았을 무렵 은하 간 공간에 중성 수소가 여전히 많이 남아있다. 2. 이들 중성수소의 라이먼 계열 청색쪽으로 매우 심한 흡수선을 만들 것이다. 3. 우주 재이온화 과정의 신호탄이 된다. Escape of Ly limit photons from Pop III stars and Quasars? Gunn-Peterson 효과

48 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

49 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 전체 하늘의 4 분의 1 을 측량 – 우주의 3 차원 지도 작성 15 Terabytes of information 천만개 은하, 십만개 퀘이사와 1 억개 천체의 색, 형태, 거리 (Redshift) 정보를 축적 6. Sloan Digital ky Survey

50 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 2.5m Telescope For SDSS Installed in Apache Point in New MexicoS SDSS Telescope

51 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 퀘이사 분포 2dF SDSS

52 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 1. 20 세기말까지 신기록은 z=4.9. 2. z>5 인 퀘이사들이 SDSS project 에서 발견되기 시작 3. 현재 신기록 is z=6.43 ( 2009. 4 월 ) 4. Gunn-Peterson 흡수선 도 랑 아주 먼 퀘이사들

53 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 Z=5.82 QSO

54 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과

55 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 최고 퀘이사들 Z=6.43

56 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 Highest z Quasars Metal abundance Supermassive BH

57 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 Z=5.34 은하를 Keck 10 미터 망원경으로 발견 Z=5.69 은하를 Subaru 8.3 미터 망원경으로 발견 라이먼 브레이크 방법을 동원한 체계적 탐사 Z=6.54 은하를 SDSS project 에서 발견 아주 먼 은하들

58 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

59 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 Subaru Image and Spectrum of LAE galaxy (z=5.69)

60 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 Composite Image of z=6.54 Galaxy Obtained with Keck And Subaru

61 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

62 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 1. 우주의 재이온화는 z~6 근처에서 이미 끝났다. 2. 태양의 10 억배에 달하는 거대질량블랙홀 형성이 가 능했다.. 3. 적외선 관측을 통하여 가장 먼 퀘이사와 최초의 별을 찾아야 한다. 4. 10 미터를 넘어 20-30 미터 망원경 시대를 맞이하여 우 주론의 새 역사가 쓰일 것이다. So wide, so much to be done 요약과 결론

63 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

64 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과 1. TMT(Thirty Meter Telescope) Caltech + UC, 30 m Telescope 2. GMT (Giant Magellan Telescope) 25 m Telescope 3. OWL (Overwhelmingly Large Telescope) European Countries, 50 m Telescope Extremely Large Telescopes

65 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

66 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

67 2009 년 4 월 20 일세종대학교 천문우주학과

68 2009 년 1 월 21 일세종대학교 천문우주학과 Lyman break method – distant galaxies found by photometry F300W, F450W, F606W, F814W