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- 이전에 측정된 적이 없는 16.7의 적색 편이, 한 번에 55개 초기 은하 발견
- 초기 성단의 별 형성은 빅뱅 이후 1억 2천만 년-2억 2천만 년 사이에 시작됐을 것
- 우주의 첫 번째 별과 은하가 오랫동안 가정된 것보다 훨씬 더 일찍 형성되었음을 암시
- 이 망원경을 사용하면 135억 년 전 최초의 별과 은하의 형성을 되돌아볼 수 있어

은하 기록 풍성해져
James Webb 망원경은 이전에 측정된 적이 없는 적색편이를 가진 은하를 찾았다.

James Webb 망원경의 이미지에서 천문학자들은 이전의 모든 기록을 능가하는 여러 초기 은하를 발견했다. 이 별 무리 중 하나는 이전에 측정된 적이 없는 16.7의 적색 편이를 가지고 있다. 따라서 빅뱅 이후 2억 3,500만 년이 지난 후에 존재한 것이다. 이 이미지는 또한 초기 은하의 광도와 별 형성 속도에 대한 새로운 정보를 제공하며 연구자들이 보고한 대로 이 성단이 이전에 생각했던 것보다 빠르게 성장했음을 시사한다. 

▲ 이 제임스 웹 망원경 사진은 빅뱅 이후 2억 3,500만 년 후에 존재했던 은하를 보여준다. © Sophie Jewell/ Clara Pollock

James Webb 우주 망원경이 과학적 작동을 시작한 이래로 많은 일이 연속적으로 일어났다. 최초의 깊은 시야 이미지에서도 망원경은 이전의 어떤 장비보다 우주를 더 깊이 들여다보았고 지금까지 없었던 초기 은하의 세부 사항을 보여주었다. 이 데이터를 기반으로 천문학자들은 GLASS-z13을 사용해 빅뱅 이후 3억 년 후에 존재한 은하를 처음으로 탐지했다.

한 번에 55개의 초기 은하

그러나 며칠 후 이 기록은 다시 역사가 되었다. 에딘버러 대학의 칼럼 도넌과 함께 작업한 천문학자들은 GLASS-z13보다 훨씬 오래된 여러 은하를 포함하여 다른 많은 고대 은하를 발견했다. 연구를 위해 그들은 Webb 망원경의 근적외선 카메라인 NIRCam의 심층 이미지를 추가로 평가했다. 데이터에서 그들은 특히 z=7.5 이상의 적색편이를 가진 은하를 검색했고 이에 따라서 우주의 가장 초기 단계에서 형성된 별 무리를 발견했다. 

▲ 엔지니어링 테스트 장치, 시준 렌즈 및 거울과 같은 NIRCam의 내부 광학 일부를 보여주고 있다.Source https://www.nasa.gov/content/goddard/a-nirspec-tacular-view-of-nasas-webb-telescope-instrument

천문학자들은 하늘을 조사한 부분에서 성공적으로 55개의 초기 은하를 즉시 식별했으며 그 중 44개는 이전에 알려지지 않은 것들이다. 이 은하들 중 6개는 z=10보다 큰 적색편이를 가졌는데, 이는 빅뱅 이후 약 4억 8천만 년이 채 되지 않은 시점에서 왔다는 것을 의미한다. Donnan과 그의 팀은 "이것만으로도 은하의 진화를 빅뱅 이후 처음 약 3억년 이내로 매핑하는 제임스 웹 망원경의 오랫동안 기다려온 능력을 극적으로 확인하는 것이다"라고 기술했다.

새로 발견된 은하의 광도와 크기는 이러한 초기 별 무리조차도 이전에 생각했던 것보다 더 활동적이고 밝았음을 나타낸다. "자외선 광도 밀도는 최소 z=12까지 적색 편이가 증가함에 따라 꾸준한 기하급수적 감소를 보여준다. 따라서 은하의 형성은 훨씬 더 일찍 시작되었을 것이다"라고 연구팀을 썼다.

은하계는 빅뱅 이후 2억 3500만 년 전에 이미 존재

새로 발견된 은하는 특히 눈에 띈다. 이미지의 희미한 붉은 점은 z=16.7의 적색편이를 보여주었다. 이는 우주 물체에 대해 측정된 것보다 더 큰 것이다. CEERS-93316으로 명명된 이 은하는 빅뱅 이후 2억 3,500만 년 이내에 존재했을 것이다. Donnan과 그의 팀은 "기록적인 적색편이 z=16.7을 가진 은하에 대한 설명 외에 다른 그럴듯한 설명을 찾지 못했다"라고 말했다. 이 물체는 NIRCam 데이터에서 매우 명확하게 볼 수 있으므로 가까운 별이나 활성 은하핵이 될 수 없다.
뿐만 아니라 CEERS-93316의 빛에 대한 스펙트럼 분석은 이 은하의 별들의 나이가 평균적으로 최소 2천만 년임을 시사한다. 천문학자들의 설명에 따르면 이 초기 성단의 별 형성은 빅뱅 이후 1억 2천만 년-2억 2천만 년 사이에 시작됐을 것이다. 이것은 우주의 첫 번째 별과 은하가 오랫동안 가정된 것보다 훨씬 더 일찍 형성되었음을 암시한다.

"환상적이다. 우리는 이러한 관측을 위해 정확하게 개발된 망원경을 가지고 있다. 이 망원경을 사용하면 135억 년 전 최초의 별과 은하의 형성을 되돌아볼 수 있다!"며 "이것은 의심할 여지없이 앞으로 몇 주, 몇 달, 몇 년 동안 이 장비로 이루어질 많은 의미 있는 관찰의 시작일 뿐이다"라고 돈안은 말했다.
(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, submited; Preprint, arXiv:2207.12356)
출처: 에든버러 대학교, arXiv

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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