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우주 이야기 1349 - 우주 초기 두 은하의 충돌을 관측한 제임스 웹 우주 망원경



 (The merging galaxy was taken by JWST. Einstein's gravitational lensing effect produces the two images A and B of the same system. This phenomenon is caused by the bending of light around the mass concentration of the galaxy cluster MACS 0417 between the observers and the merging galaxy pair. Light from the distant galaxy pair takes two separate pathways to reach JWST. This results in two images of the merging galaxy system. The purple hue of the light coming from the merging galaxies is due to the hydrogen gas within them that's made to glow by the large numbers of hot young stars forming within the young galaxies. Credit: KyotoU/Yoshi Asada)

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아인슈타인의 상대성 이론에 의해 예측된 중력 렌즈는 실제로 나중에 확인이 되었을 뿐 아니라 이제는 천문학에서 없어서는 안될 관측 도구로 사용되고 있습니다. 과학자들은 중력 렌즈 덕분에 망원경만으로는 확인하기 어려웠던 희미한 천체나 멀리 떨어진 천체를 더 크게 확대해서 볼 수 있습니다. 중력 렌즈야 말로 과학자들이 사용할 수 있는 가장 큰 렌즈라는 이야기가 나오는 이유입니다.

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그런데 중력 렌즈의 또 다른 재미있는 사실은 중력에 의한 빛의 굴절이 초점이 맞지 않기 때문에 하나의 천체를 여러 각도에서 볼 수도 있다는 것입니다. 빛이 중력에 의해 굴절되는 정도가 중력의 세기에 따라 다르기 때문에 지구에서 하나의 중력 렌즈에서 여러 각도에서 본 천체의 모습을 확인할 수 있는 경우가 있습니다.

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일본 교토 대학과 캐나다 세인트 메리스 대학 (Saint Mary's University)의 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 이용해서 합체 중인 두 개의 작은 은하를 다른 시점에서 관측했습니다. 각각 ELG1과 ELG2로 명명된 이 작은 은하는 MACS 0417 은하든의 거대한 중력에 의해 본래 크기보다 확대되어 보일 뿐 아니라 다른 각도에서 본 모습이 하나의 중력 렌즈에 나타나 있습니다.

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우주 초기 은하들은 지금보다 작은 크기였으나 중력에 의한 합체를 반복하면서 커졌다고 생각되고 있습니다. 사실 이런 은하의 충돌과 합체는 지금도 드문 일이 아니며 앞으로 수십 억 년 후 우리 은하가 겪게 될 일이기도 합니다. 과학자들은 충돌 과정에 있는 여러 은하를 관측해 은하 충돌이 어떤 과정을 거쳐 일어났는지 연구했지만, 어쩔 수 없이 한쪽 방향에서 볼 수밖에 없었습니다. 하지만 우연히 빛의 경로가 지구에서 봤을 때 기막하게 맞춰져서 두 작은 은하의 충돌과 합체 과정을 다른 각도에서 관측할 수 있게 된 것입니다. (사진 참조)

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이번 연구에서 과학자들은 두 은하의 충돌이 은하 전체에서 활발하게 새로운 별의 생성을 촉진하고 있고 새로운 구조를 만들고 있다는 사실을 확인했습니다. 드문 일이기는 하지만 이런 사례를 통해 과학자들은 은하의 충돌, 합체, 성장에 더 자세한 사실을 알아낼 수 있을 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-09-growth-baby-galaxies-witnessed-james.html

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