최초의 빛의 원천

- 우주에서

수천억만 개의 별들의 거대한 집합체인 은하는 우주 구조의 기본적인 집합체이다. 현대 천문학에서 중요한 질문은, 이 물체들이 어떻게 형성되기 시작했는가? 하는 것이다.
빅뱅은 별과 은하의 탄생을 위한 발판을 마련했다. 지상 및 우주 기반 전파 망원경을 이용한 관측은 다음과 같다. 이제 우주가 거의 완전히 매끄럽게 시작되었다는 것을 보여주었다. 빠르게 팽창하는 입자와 강렬한 빛의 바다 빅뱅을 따랐다. 이 바다에서는 미묘한 파도가 일었다. 이것들 물질과 에너지 밀도의 완만한 기복은 중력의 영향을 받아 착실히 천천히 증가했다. 수십만 빅뱅 후 몇 년이 지난 후, 이 파문들의 강도는 부드러운 배경보다 겨우 1/1000% 위에 있었다. 이 과정이 오래 전에 일어났음에도 불구하고, 오늘날에도 빛은 이 고대 시대로부터 계속해서 유입되고 있으며, 거대한 은하단으로 성장할 운명인 원시 파동은 우리의 가장 정교한 도구에 의해 분명히 보여진다. 이후 수억 년 동안 중력은 오늘날의 은하계의 선구자인 냉각 가스의 거대한 구름이 응축되기 시작할 때까지 그 활동을 계속했다. 이 안에서 훨씬 더 작고 밀도가 높은 구름이 발달하여 별을 탄생시켰다. 약 120억 년에서 130억 년 전에 태어난 이 1세대 별들의 빛은 우리의 밤하늘을 점치는 무수한 빛의 탄생과 함께 현대 우주의 새벽을 가져왔다.
허블 우주 망원경은 우리를 빅뱅으로부터 몇 십억년 이내로 데려갔고, 우리는 어린 은하들의 성장을 관찰할 수 있게 해주었습니다. 하지만 은하의 실제 탄생은 우리가 이해할 수 없는 것이다. 빅뱅 이후 10억년 이내에 중력은 은하 크기의 가스 구름을 형성했고, 별들은 이 구름 안에서 응축되어 핵로에 처음 점화되었다. 당시를 돌아보는 것이 새로운 10년을 위한 천문학 및 천체물리학 조사위원회의 최우선 과제인 차세대 우주망원경(NGST)의 1차 목표다. NGST는 천문학자들이 먼 과거를 들여다보고 최초로 현대 우주의 탄생을 볼 수 있게 해줄 것이다.

- 차세대 우주 망원경이 현대 우주의 여명을 연구할 것이다

현재 구상되고 있는 차세대 우주 망원경 는 직경 6m의 리플렉션 거울을 가지며 허블우주망원경(HST) 거울의 거의 3배의 직경과 7배의 집광 면적을 가진다. 탑재 검출기는 HST 검출기보다 훨씬 감도가 높기 때문에 HST의 미약 방사선 검출 능력의 10배가 넘는다. 원천 보다 더 중요한 것은 NGST가 스스로를 유지할 것이라는 점이다. HST보다 훨씬 더 낮은 온도—절대 영도보다 불과 50도 높은 온도. 그렇게 함으로써, NGST는 이전의 어떤 망원경보다 수천 배의 감도로 적외선 스펙트럼 영역의 넓은 부분에 걸쳐 우주를 관측할 것이다. 적색편이(우주의 팽창에 의한 빛의 신장)는 가시광선에서 100억 광년 떨어진 별들의 파장을 NGST의 고감도 범위로 이동시킨다. 따라서 초민감 적외선 관측을 할 수 있는 NGST의 능력은 은하가 생성된 지 100억 년 전의 모습을 볼 수 있게 해줄 것이다.
NGST는 또한 별과 행성들이 형성될 때 그것들을 관찰할 것이다. 은하수—1억 배 가까이 집에 가까이 있음. 이들 로토스타와 원시 행성들은 많은 양의 적외선을 방출하지만 본질적으로 가시광선은 방출하지 않는다. 원시별과 원시 행성에 대한 고해상도 적외선 관측을 할 수 있는 NGST의 능력은 우리가 많은 질문들을 해결할 수 있게 해줄 것이다. 물질은 별이 합쳐지면서 어떻게 궤도를 돌까? 어떻게 그것이 진화할 것인가?
디스크를 만들고 행성을 만드나? 행성 형성 과정이 끝나면 어떻게 흩어집니까? 초기 우주에 대한 관측과 별과 은하의 탄생에 대한 관측을 결합함으로써, NGST는 우리의 기원을 이해하는 탐구에서 최고의 도구가 될 것이다.
지름 6미터(약 20피트)의 거울이 있는 우주에서 운반되는 망원경의 조립은 오늘날의 최고의 천문학자들과 공학자들이 마땅히 해야 할 도전들을 제기한다. 이 정도 크기의 거울을 한 조각으로 발사할 수 있는 로켓은 없다. 대신에 NGST는 콤팩트 패키지로 접을 수 있고 패키지가 우주로 발사되면 자동으로 최종 목적지로 전개될 수 있는 가볍고 분할된 거울을 사용해야 한다. 왜냐하면 이 거울은 표면을 완벽하게 유지해야 하기 때문이다. 100만분의 1인치로 측정되며, 그것의 설계, 구성 및 배치는 모두 많은 다른 영역에서 기술에 대한 심각한 테스트를 제기한다.
적외선 관측을 위한 망원경은 전통적으로 따뜻하기 때문에 발생하는 적외선과 지구로부터의 적외선의 해로운 영향으로 고통을 받아왔다. 적외선 복사의 두 원천은 우주로부터의 적외선 복사를 탐지하려는 우리의 시도를 심각하게 방해한다. 지구에서 100만 마일 떨어진 태양 주위를 도는 NGST는 기구들이 HST보다 수백도 낮은 온도로 냉각될 수 있도록 햇빛 가리개를 가지고 다닐 것이다. 반대로, HST는 지구와 적외선 방출에 상대적으로 가까운 수백 마일 위의 낮은 궤도에 있다. NGST의 자외선 차단제
망원경의 온도를 극적으로 낮출 것이고, 따라서 그것의 적외선 복사를 감소시킬 것이다. 그것과 지구의 적외선 섬광으로부터의 거리는 천문학적 관측에 있어 특별한 감도를 가능하게 할 것이다. 유럽 우주국과 캐나다 우주국이 개발, 건설, 운영에 실질적인 기여를 할 계획이 진행 중이다. 현재는 2009년에 출시된 NGST가 있다.