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- 23개의 은하 구조, 1800만 광년 펼쳐져 있어

초기 우주에서 가장 큰 은하단
125억년 된 원시 은하단의 무게는 태양 질량의 8조 배에 달한다.

이전의 거인​ :
천문학자들이 지금까지 젊은 우주에서 가장 큰 은하단을 추적했다.
최소 23개 은하의 구조는 이미 125억 년 된 것으로 알려진 가장 오래된 은하단 중 하나다.
이 성단은 1800만 광년에 걸쳐 뻗어 있으며 총 2조-8조의 태양 질량을 구성했다. 

▲ 이 이미지의 원은 125억 년 된 원시 은하에 속하는 먼 은하를 표시한다. © NASA / ESA, GOODS-N + 3DHST + CANDELS 팀, Daniel López / IAC

은하단은 중력에 의해 묶인 우주에서 가장 큰 구조다.
그들은 수백에서 수천 개의 은하로 구성되어 있으며 수천조 개의 태양 질량에 도달 할 수 있다. 이러한 엄청난 비율 때문에 천문학자들은 이 성단의 전구체가 초기 우주에서 천천히 발달했다고 오랫동안 가정했다. 지난 몇 년 동안 그들은 최대 124억 년이나 된 실제 거인 은하단을 여러 개 발견했다.

125억 년, 그동안 얼마나 커졌을까?

이제 우주 초기의 새로운 거인 Protocluster PCI-HDF850.1이 추가 되었다.
2021년 초에 천문학자들은 이 은하단에서 특히 활동적인 중심 은하를 추적했고, 조금 후에 허블 우주 망원경의 기록에 의해 주변에 약 12​​개의 다른 은하가 있다는 사실이 밝혀졌다.
전체 성단은 우리로부터 약 125억 광년 떨어져 있다. 따라서 우주가 현재 시대의 10% 미만이었을 때 이미 존재했다.

그러나 이 초기 은하단의 크기와 확장 범위는 아직 알려지지 않았다.
이것이 Canary Islands Astrophysical Institute의 Rosa Calvi가 이끄는 팀이 이제 Gran Telescopio Canarias로 이 프로토클러스터를 자세히 살펴본 이유다. 수소 스펙트럼에서 특정 선의 적색 편이를 사용해 중앙 은하에 더 가까운 다른 은하와의 거리도 결정했다.

23개의 은하계와 8조(8*10^12)개의 태양 질량
그 결과 초기의 원형은 이전에 예상했던 것보다 훨씬 더 크고 광범위하다.
새로운 데이터에서 알 수 있듯이, 그것은 13개의 구성원뿐만 아니라 가스 필라멘트로 연결된 23개의 은하로 구성돼 있다. 천문학자들은 "지금까지 분광학적으로 확인된 많은 구성원을 가진 UV가 밝은 은하로 둘러싸인, 먼지가 많은 성화상 은하로 구성된 시스템은 발견되지 않았다"고 보고했다.

▲ Gran Telescopio Canarias의 도움으로 천문학자들은 멀리 떨어진 은하단을 조사했다. © Daniel López / IAC

이 초기 은하단의 크기와 질량 또한 엄청나다.
이전에 알려진 원형 은하단의 구성 요소는 최소 1800만 광년에 걸쳐 확장된다.
별의 질량은 약 20억 태양 질량이며, 암흑 물질을 포함한 총 질량은 2~8조 태양 질량이 될 수 있다. Calvi와 그녀의 팀이 결정했다.

캘비스(Calvis)의 동료 헬무트 단넨바우어(Helmut Dannerbauer)는 "우리는 우주가 현재 나이의 10% 미만이었지만 여전히 성장하고 있는 이 은하단을 본다. 무엇보다도 우리 지역(local) 우주에서 전형적인 은하 클러스터 중 하나의 어린 시절을 보고 있다"고 말했다.

오늘날 처녀자리-클러스터와 거의 같은 크기

이것은 이후로 프로토클러스터가 어떻게 진화할 수 있었는지에 대한 의문을 갖게 한다. 

그의 빛이 우리에게 도달하는 데 너무 오래 걸리기 때문에 우리가 지금 보는 것은 그 당시의 상태다.
그 사이에 이 어린 무리는 훨씬 더 큰 독립체로 성장할 수 있었다.
천문학자들은 “그런 구조의 운명을 예측하는 것은 쉽지 않다. 왜냐하면 그들의 발전은 진화 과정에서 겪는 환경 변화에 지속적으로 적응하는 것이 특징이기 때문이다"고 말한다.

따라서 어린 원시 은하단의 경우, 그것이 하나의 단위로 계속 성장했는지, 그리고 이미 보이는 하부 구조가 분리되었는지 여부는 불분명하다. 그러면 원형은 하단이 여러 개의 은하단이 될 수 있으며, 그 후 함께 초은하단을 형성한다.

Calvi와 그녀의 팀은 “이 구조의 주요 부분이 이제 처녀 자리와 같은 은하단을 형성하고 있으며, 이 은하단은 독립적으로 진화하는 덩어리를 동반한다고 생각한다”고 말했다.

처녀 자리 은하단은 약 1300개의 은하로 구성돼 있으며 지역 그룹 및 우리 은하와 마찬가지로 우리 우주의 집인 라니아케아(Laniakea) 초은하단에 속한다. 따라서 프로토클러스터 PCI-HDF850.1은 먼 우주에서 그 위치에 있는 우리의 가까운 이웃 처녀 자리만큼 커질 수 있었다.
(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021; doi: 10.1093/mnras/staa4037)
출처 : Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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