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- 134억 년 이상 된 은하의 나이와 특징을 보여 준다.
- GLASS-z13이라는 이름의 은하 후보는 13.1의 적색편이, 빅뱅 이후 3억 년 동안 존재했을 것
- 은하계에 대한 많은 질문이 Webb 망원경의 획기적인 기능을 기다리고 있다.

우주에서 가장 오래된 은하의 첫 번째 스펙트럼
제임스 웹 망원경, 처음으로 135억 년 된 은하의 세부사항 공개

처음으로 돌아가서:
James Webb 우주 망원경은 우주에서 가장 오래된 은하의 빛 스펙트럼을 처음으로 생성했다. 134억 년 이상 된 은하의 나이와 특징을 보여준다. 그들 중 가장 오래된 것은 빅뱅 이후 3억 2500만 년 전에 이미 존재했다. 이 첫 번째 스펙트럼은 이미 초기 우주에서 첫 번째 은하의 형성에 대한 새로운 통찰력을 제공하며 이는 시작에 불과하다. 

▲ 제임스 웹 망원경은 처음으로 우주 초기부터 은하의 스펙트럼을 생성했다. © Adriana Manrique Gutierrez/ NASA

우주에서 최초의 별과 은하가 언제 형성되었을까? 그리고 그것들은 어떻게 만들어졌을까? 새로운 James Web 우주 망원경은 이러한 질문에 대한 답을 제공해야 한다. 고해상도 적외선 광학 덕분에 이전의 어떤 망원경보다 우주를 더 멀리 볼 수 있기 때문이다. NIRSpec(Near-Infrared Spectrograph)은 가장 오래된 은하의 희미한 근적외선을 스펙트럼 구성 요소로 분해하도록 특별히 설계되었다.

최초의 은하계를 되돌아보며

새로운 우주 망원경으로 촬영한 첫 번째 이미지에서 천문학자들은 알려진 가장 오래된 은하에 속할 수 있는 여러 물체를 발견했다. GLASS-z13이라는 이름의 은하 후보는 13.1의 적색편이를 가지고 있으므로 빅뱅 이후 3억 년 동안 존재했을 수 있다. 그러나 이들과 다른 망원경으로 발견된 일부 다른 후보의 경우 나이와 구성을 증명하는 정확한 스펙트럼 데이터가 지금까지 부족했다.

Hertfordshire 대학의 Emma Curtis-Lake는 "이 은하들이 실제로 초기 우주에 존재했다는 것을 증명하는 것이 중요하다. 왜냐하면 우리에게 더 가까운 은하들도 특정 상황에서는 더 오래된 것처럼 보일 수 있기 때문이다"고 설명했다. 이제 처음으로 James Webb 망원경은 그러한 초기 은하 250개에 대한 정확한 스펙트럼을 제공하고 있다. 스펙트럼은 PRISM 필터를 사용하여 파장이 0.6~5.3마이크로미터인 근적외선을 수집하고 분리하는 NIRSpec 기기를 사용하여 생성되었다.

▲ First Science Results from JWST

가장 오래된 은하의 첫 번째 스펙트럼

분광 분석은 조사된 은하 중 4개가 특히 높은 적색편이를 가지고 있음을 밝혔다. 이 은하들은 지금까지 분광적으로 특징지어진 가장 오래된 은하다. 이 은하들 중에서 기록 보유자인 JADES-GS-z13-0은 적색편이가 13.2이다. 따라서 이 별 무리는 약 135억 년 전에 이미 존재했다. 당시 우주의 나이는 겨우 3억 2500만 년이었다. 두 번째 은하는 12.63의 적색편이를 가지며, 이는 빅뱅 이후 약 3억 5천만 년 동안 존재했음을 의미한다.

"우리가 우주의 초기 단계에서 은하를 발견한 것은 이번이 처음이다"고 Santa Cruz에 있는 University of California의 Brant Robertson은 말했다. "Webb 망원경으로 우리는 분광학적으로 처음으로 그들이 실제로 그렇게 멀리 떨어져 있다는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 아름다운 이미지에서 초기 은하계를 찾는 것은 매우 특별한 경험이다.”

금속 팔, 젊고 아주 가냘픈 모양

고대 은하의 분광 분석은 또한 그 특성에 대한 최초의 정보를 제공했다. 따라서 초기 4개의 은하는 모두 1년에 약 1~2개의 태양질량의 별 형성률을 가진 다소 작은 별 무리였다. Curtis-Lake와 그녀의 팀은 "스펙트럼은 이 원시 은하가 극도로 금속이 부족하고 질량이 태양의 수천만에서 수억 배에 달하며 매우 젊다는 것을 보여준다"고 말했다.

이 은하계에서 가장 오래된 별의 나이는 약 1억 년에 불과했다. 따라서 그들은 빅뱅 이후 약 2억 2500만 년 후에 형성되었을 것이다. "그래서 우리는 은하 형성 모델에 의해 예측된 것처럼 매우 초기 별 형성의 증거를 본다"고 Robertson은 설명했다.

새로운 시대의 시작

먼 은하계의 이러한 첫 번째 스펙트럼으로도 James Webb 망원경은 모든 기대를 충족시켰다. 그와 함께 천문학은 이제 오늘날 은하계의 시작과 우주의 대형 구조를 탐색할 수 있는 도구를 갖게 되었다. 캠브리지 대학의 공저자 산드로 타첼라(Sandro Tacchella)는 "진화의 초기 단계를 알지 못하고 은하계를 이해하는 것은 어렵다"고 말했다. "따라서 은하계에 대한 많은 질문이 Webb 망원경의 획기적인 기능을 기다리고 있다.“

James Webb 망원경을 사용한 초기 우주 탐사는 이제 막 시작되었다. 천문학자들은 이미 망원경의 이미지에서 초기 은하에 대한 다른 후보를 발견했으며 가까운 장래에 분광학적으로 조사할 것이다. "이제 우리는 은하가 오늘날의 모습이 된 방법을 실제로 알아낼 수 있다"고 Robertson은 말했다.
(Preprints, 2022; doi: 10.48550/arXiv.2212.04480; Conference: "First Science Results from JWST")
출처: Space Science Institute, NASA, University of California – Santa Cruz

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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