우주 이야기 235 - 초기 우주에서 발견된 조숙한 은하

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 최근 천문학자들이 유럽 우주국 (ESA) 의 허셜 우주 망원경 (Herschel Space Observatory) 관측 데이터를 이용해서 초기 우주에서 생각보다 성숙된 은하를 찾는데 성공했다고 합니다. 인간으로 말하면 아직 어리지만 조숙한 은하라고 할 수 있습니다. 허셜 우주 망원경은 2009 년 유럽 우주국이 발사한 주경 3.5 미터급 우주 망원경입니다. 

( 은하 S0901 의 중력 렌즈 이미지.  Lensed image of galaxy S0901.

Credit: NASA/STScI; S. Allam and team; and the Master Lens Database (masterlens.org), L. A. Moustakas, K. Stewart, et al. (2014)) 

 애리조나 주립대학의 제임스 로즈와 산지타 말호트라 ( James Rhoads and Sangeeta Malhotra, Arizona State University) 는 두 개의 초기 은하를 연구했는데, 그 대상은 S0901 와 그와 동일한 클론 은하로 이들은 적색편이 Z=2 정도에 거리는 대략 100 억 광년 정도 떨어진 (즉 100 억년 보다 더 오래된) 은하입니다. (물론 빛이 이동한 거리가 100 억 광년이라는 뜻) 

 이 은하들이 선택된 이유는 이들이 당시에 (약 100 억년 정도 전의) 표준적인 은하로 보였는데다 다행히 중력렌즈 효과로 아주 밝게 보였기 때문입니다. 이렇게 멀리 떨어진 천체는 설령 은하라 할지라도 아주 작고 희미하게 보일 수 밖에 없습니다. 그리너 S0901 은 위의 사진에서 볼 수 있듯이 중력 렌즈 효과로 인해 본래 밝기보다 아주 밝게 보였으므로 우주 초기의 은하를 상세하게 연구할 수 있는 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대되었습니다. (중력 렌즈에 대해서는  http://jjy0501.blogspot.kr/2014/03/The-biggest-lens-in-the-Universe.html 참조)  

 연구팀이 허셜 우주 망원경의 HIFI 라는 장비를 이용해서 (이 장비는 158 마이크로미터의 파장을 가지는 이온화된 탄소의 존재를 조사하는 장치) 를 이용해서 이 은하를 탐사하자 의외의 사실이 밝혀졌습니다.  S0901 은 상당히 잘 균형을 잡고 자전을 하고 있었습니다. 이는 한창 주변에서 가스를 모으고 있는 초기 은하의 자전은 현재의 나선 은하처럼 잘 정돈되지 못하고 아직 혼란스러울 것이라는 예측을 벗어난 것이었습니다. 

 "일반적으로 천문학자들은 초기 은하를 연구할 때 혼란스런 운동이 현대의 은하들보다 더 중요한 역할을 하는 것을 발견했다. 그러나 S0901 의 관측 결과는 이와 달랐으며 클론 은하는 또 달랐다 (Usually, when astronomers examine galaxies at this early era, they find that turbulence plays a much greater role than it does in modern galaxies. But S0901 is a clear exception to that pattern, and the Clone could be another)" 라고 로즈는 언급했습니다. 참고로 클론 은하는 아마도 규칙적인 공전을 하는 것으로  보였지만 S0901 보다 어두워서 정확한 판단은 하기 힘들었다고 합니다. 

 연구팀은 왜 이런 결과가 나타났는지에 대해서 확실히 알수는 없지만 이 관측 결과에 의하면 S0901 는 이미 주변에서 가스 모으기를 끝내고 현대의 은하와 비슷한 구조를 형성했을 가능성이 있습니다. 이외에 다른 가설로는 초기 은하의 가스 모으기 과정이 공전 과정의 혼돈 양상 없이도 나타날 수 있는 경우입니다. 현재로써는 여기에 완전한 결론을 내리기는 곤란하며 추가 관측과 연구가 더 필요할 것 같다고 연구팀은 결론 내렸습니다.   

 만약 이 결과를 초기 은하지만 이미 현대의 은하와 비슷한 성숙도를 보이는 은하가 있다고 해석할 경우 결국 초기 우주에도 조숙한 은하가 존재하는 셈입니다. 사람 중에도 조숙한 사람이 있는 것 처럼 은하에도 그런 경우가 있는 것일까요 ? 확실하지 않은 부분들이 있지만 재미있는 내용을 담고 있는 것 같아 소개해 봤습니다. 이 연구는 The Astrophysical Journal 에 실렸습니다. 

 참고 

Journal Reference:

1. James E. Rhoads, Sangeeta Malhotra, Sahar Allam, Chris Carilli, Francoise Co