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우주 이야기 1453 - 극초기 우주에서 발견된 은하 디스크



 (The galaxy REBELS-25 as seen by the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), overlaid on an infrared image of other stars and galaxies. The infrared image was taken by ESO's Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA). In a recent study, researchers found evidence that REBELS-25 is a strongly rotating disc galaxy existing only 700 million years after the Big Bang. This makes it the most distant and earliest known Milky Way-like galaxy found to date. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al./ESO/J. Dunlop et al. Ack.: CASU, CALET)

우리 은하 같은 막대 나선 은하는 오랜 시간 진화와 합체의 결과물입니다. 초기 은하는 별은 적고 가스가 많은 솜뭉치 같은 형태였다가 합체를 거듭하면서 은하 중심의 벌지와 주변의 디스크가 성장하고 나중에서는 나선 팔이 나타나면서 우리에게 친숙한 모습으로 진화합니다. 과학자들은 멀리 떨어진 초기 우주를 관측하면서 초기 은하의 모습과 은하의 진화 과정을 연구해왔습니다.

그 과정에서 과학자들은 생각보다 크고 진화된 은하가 우주 초기에도 존재했다는 사실을 알아냈습니다. 네덜란드 라이덴 대학의 루시 로우랜드 (Lucie Rowland, a doctoral student at Leiden University)와 동료들은 지상에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해 빅뱅 직후 7억년 밖에 되지 않는 은하에서 은하 디스크처럼 발전된 구조를 찾아냈습니다.

REBELS-25는 적색편이 Z=7.31인 은하로 그만큼 아주 멀리 떨어진 은하입니다. 우주가 팽창하기 때문에 멀리 떨어진 은하일수록 더 파장은 늘어나서 적색편이가 더 심해집니다. 그리고 이렇게 먼 은하에서 온 빛은 그만큼 오랜 시간을 걸려 도착했기 때문에 빛이 출발했던 우주 초기의 모습을 알 수 있습니다. 다만 너무 멀리 떨어진 희미한 천체이기 때문에 사실 구조까지는 알기 어렵습니다.

연구팀은 ALMA의 분해능을 극한적으로 끌어 올려 REBELS-25에서 은하 디스크에 해당하는 구조를 찾아냈습니다. 이번 발견은 초기 은하 가운데서 가장 확실한 은하 디스크의 증거로 이 시기의 극초기 은하가 어떻게 이런 구조를 지닐 때까지 진화할 수 있었는지는 아직 미스터리입니다.

(Zooming in on REBELS-25, the most distant Milky Way-like galaxy found yet)

연구팀은 이 은하가 나선팔이나 중심에 막대 구조를 지닌 상당히 진화한 은하일 가능성도 있다고 보고 있지만, ALMA의 강력한 성능으로도 이 거리에서는 확인이 어렵습니다. 결국 초기 은하를 더 자세히 들여다보고 싶다면 더 강력한 망원경이 필요합니다. 현재 건설중인 초거대 망원경과 차세대 우주 망원경이 발사되면 초기 은하의 진화에 대한 더 많은 사실들이 밝혀질 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2024-10-discovery-distant-rotating-disk-galaxy.html

Lucie E. Rowland et al, REBELS-25: Discovery of a dynamically cold disc galaxy at z = 7.31, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). doi.org/10.1093/mnras/stae2217 . On arXiv DOI: 10.48550/arxiv.2405.06025

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