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120억 살 젊은 은하인데도 질서정연한 모습은 이론과 달라.
우리 은하와 가장 먼 거리에 잇는 유사체. 은하 발달이론에 새로운 관점 제시

먼 은하는 일반적인 이론과 모순된다
120억 년 된 젊은 은하계는 놀랍게도 "현대적"이다.

예상치 못한 발견 :
천문학자들이 생각보다 훨씬 "현대적인" 120억 년 된 은하를 발견했다.
이 은하가 혼란스럽고 격렬하지 않지만 이미 두 가지 결정적인 특징에서 우리 은하수와 닮았 다. 즉 이미 중심이 두꺼워지고 질서 정연하게 회전한다. 이것은 우리 은하수와 가장 먼 유사체이자 진정한 미스터리다.

▲ 중력 렌즈에 의해 왜곡된 먼 은하 SPT0418-47의 빛은 거의 완벽한 고리를 형성한다(왼쪽). 특수 변환 모델 덕분에 은하계의 모습을 재구성 할 수 있었다. © ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.

현재 모델에 따르면 은하계는 점차 현대적인 모습을 갖게 되었다.
우주 초기에는 별의 빠른 형성, 많은 초신성 및 이웃 은하와의 빈번한 합병으로 인해 성단이 다소 혼란스럽고 격동적이다. 우주의 나이가 증가함에 따라 사건이 진정되었을 때만 은하들은 우리 은하수처럼 질서 정연한 회전, 중앙 돌출부 및 나선 팔을 형성할 수 있다.

빛의 화환이 은하가 된다

그러나 최근 독일 가르싱(Garching)에 있는 막스 플랑크 천체 물리학 연구소의 프란체스카 리조(Francesca Rizzo)와 함께 일하는 천문학자들은 현재 모델과 모순되는 은하를 발견했다. 은하 SPT0418-47은 우리로부터 약 120억 광년 떨어져 있으므로 빅뱅 이후 약 14억 년 동안 존재했다. 그래서 이 은하는 지금까지 이론을 토대로 보면 여전히 은하계 "십대 들"에 속하므로 오늘날의 "완전 성장한" 은하와 거의 닮지 않아야 한다.

연구진은 SPT0418-47의 특징을 관찰하기 위해 아타카마 대형 밀리미터/서브 밀리미터 어레이(ALMA) 관찰했다.

운이 좋았다. 근처 은하계가 멀리 떨어진 별 무리 바로 앞에 놓여 있었기 때문에 중력 렌즈 역할을 했다. 이 상황은 SPT0418-47의 빛을 증폭시켰지만 또한 왜곡했다.

원시 이미지에서 은하계는 전면 "렌즈"주위에 원형의 빛 고리로 나타났다.

먼 은하의 실제 모습을 재구성하기 위해 연구원들은 특별히 개발된 컴퓨터 지원 모델링 기술을 사용했다.

생각보다 현대적

때가 왔다.
"처음으로 SPT0418-47의 재구성된 이미지를 보았을 때 믿을 수 없었다"라고 Rizzo는 말했다. 사진에서 알 수 있듯이 SPT0418-47은 혼란스럽지 않다.

대신, 이미 우리 은하수의 전형적인 두 가지 특성을 가지고 있다.
한편으로는 중앙에 두꺼워지고 부풀어 오른 부분이 있다.
천문학자에 따르면 우주 역사 초기에 돌출이 관찰된 것은 이번이 처음이다.

그러나 그 회전은 오늘날 나선 은하의 원반을 가로 지르는 이동 속도의 분포에 해당한다. 따라서 전체적으로 SPT0418-47은 현재 모델에서 예상했던 것보다 훨씬 "현대적"이며 질서 정연하다. 사실, 이것은 천문학자들이 지금까지 관찰한 것 중 가장 멀리 떨어진 은하수 유사체다.

▲ 은하 SPT0418-47의 역학 : 우리쪽으로 움직이는 부분은 파란색으로, 우리에게서 멀어지는 부분은 빨간색으로 표시된다. © ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.

예상치 못한 수수께끼

그러나 이것은 현재의 이론과 모순된다.
"우리가 발견한 것은 매우 당혹스러웠다. 별이 고속으로 형성돼 매우 에너지가 넘치는 과정이 발생하지만 SPT0418-47은 초기 우주에서 관측된 가장 고도로 정렬된 은하 원반이다"고 Rizzo의 동료 Simona Vegetti가 설명했다.
"이 결과는 예상치 못한 결과이며 우리가 은하가 진화한다고 믿는 방식에 중요한 영향을 미친다."

따라서 초기 우주가 이전에 예상했던 것만큼 혼란스럽지 않았을 가능성이 있다.
"이 결과는 은하 형성 분야의 돌파구를 나타내며, 우리가 근처의 나선 은하와 우리 은하에서 관찰한 구조가 120억년 전에 존재했음을 보여준다"라고 Rizzo는 말했다.

따라서 SPT0418-47은 빅뱅 직후에 그렇게 잘 정렬된 은하가 어떻게 형성되었을 수 있는지에 대한 의문을 제기한다. 천문학자들은 새로운 망원경으로 미래의 관측에서 답을 기대하고 있으며 그중 일부는 아직 건설 중이다. 그들은 또한 이러한 비정상적으로 정렬된 별들의 무리가 어린 우주에서 얼마나 흔한지 알아내는 데 도움을 줄 수 있다.
(Nature, 2020; doi : 10.1038 / s41586-020-2572-6)

출처 : European Southern Observatory (ESO) 

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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