국제 천문학자 팀들이 허블 우주 망원경과 켁 망원경을 이용해서 빅뱅 직후 7 억 년 정도 된 탄생 초기의 은하를 상세하게 관측하는데 성공했다는 소식입니다. z8-GND-5296 라는 이름의 이 은하는 CANDELS study 에서 측정된 100,000 개의 은하 가운데 발견된 것으로 총 900 시간이라는 긴 관측을 거쳐 확보된 데이터를 통해 찾아낸 은하라고 합니다. 지금까지 발견된 은하 가운데서는 가장 오래된, 그리고 멀리 떨어진 은하 중 하나이며 우주의 나이를 138 억년으로 생각했을 때 초기 5% 에 해당되는 시기에 모습을 보고 있는 것이라고 하네요.
이전에 가장 멀리 떨어진 (뒤집어 말해 가장 오래된) 은하인 UDFj-39546284 에 대해서 언급한 바 있습니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2012/07/76.html 참조) 하지만 실제로 이런 은하들은 허블 우주 망원경으로도 매우 희미한 빛만을 측정할 수 있을 뿐입니다. 다시 말해 스펙트럼 분석법으로 확인 (spectroscopically confirm) 하기가 매우 어렵습니다. 실제로 UDFj-39546284 는 이렇게 확인되지 않은 상태이며 스펙트럼 분석으로 확인된 가장 먼 은하는 UDFy-38135539 입니다. 지상 망원경으로 분광학적으로 확인한 적색 편이는 z=8.6 입니다.
적색 편이는 천체의 스펙트럼 선이 도플러 효과에 의해 장파장 쪽으로 이동하는 현상으로 관측자에서 빠른 속도로 멀어질수록 더 붉은 색 (즉 장파장) 쪽으로 이동하는 현상입니다. 따라서 적색 편이가 크면 클수록 멀리 떨어진 은하이죠. 하지만 아주 멀리 떨어진 은하들은 스펙트럼 분석을 충분히 할 수 있을 만큼 관측 데이터를 모으는 일도 만만치 않은 일입니다.
현재까지 적색 편이 7 이 넘는 은하는 수십개에 불과하며 이 중 Lyman α emission 으로 확인된 것은 5 개에 불과합니다. 그 중 이번에 발견한 z8-GND-5296 은 Z=7.51 로 가장 멀리 떨어진 은하라고 할 수 있습니다. 적색 편이를 분석하는 데 사용된 것은 하와이에 있는 구경 10 미터급 대형 망원경인 켁 망원경 (Keck Telescope) 으로 MOSFIRE 라는 새로운 장비의 도움을 받아 이런 연구가 가능했다고 합니다.
( z8-GND-5296 의 아티스티 이미지. 무수히 많은 별이 탄생하는 중. This is an artist's rendition of the newly discovered most distant galaxy z8_GND_5296. (The galaxy looks red in the actual Hubble Space Telescope image because the collective blue light from stars get shifted toward redder colors due to the expansion of the universe and its large distance from Earth.) (Credit: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, NASA, ESA, A. Aloisi, The Hubble Heritage, HST, STScI, and AURA.) )
(실제 관측 모습 This image from the Hubble Space Telescope CANDELS survey highlights the
most distant galaxy in the universe with a measured distance, dubbed z8-GND-5296. The galaxy’s red color alerted astronomers that it was likely extremely far away, and thus seen at an early time after the Big Bang. The magnified image results from stacks of optical and infrared images taken, respectively, by the Advanced Camera for Survey (ACS) and Wide-Field Camera 3 (WFC3) on board the Hubble. The galaxy has a mass of ~109 times the mass of the Sun and is at a distance of ~13 billion light years from us, forming stars nearly 150 times more rapidly than our galaxy. Image credit: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, STScI/NASA. )
most distant galaxy in the universe with a measured distance, dubbed z8-GND-5296. The galaxy’s red color alerted astronomers that it was likely extremely far away, and thus seen at an early time after the Big Bang. The magnified image results from stacks of optical and infrared images taken, respectively, by the Advanced Camera for Survey (ACS) and Wide-Field Camera 3 (WFC3) on board the Hubble. The galaxy has a mass of ~109 times the mass of the Sun and is at a distance of ~13 billion light years from us, forming stars nearly 150 times more rapidly than our galaxy. Image credit: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, STScI/NASA. )
초기 은하에서는 무수히 많은 별들이 탄생하고 있습니다. 연구팀은 z8-GND-5296 에서 매년 태양 질량의 330 배에 달하는 별들이 탄생하고 있다고 생각하고 있습니다. 이는 현재 우리 은하의 100 배 수준입니다. 아마도 우리 은하 역시 발생 초기에는 이 은하처럼 무수하게 많은 별들이 탄생했을 것입니다. 지금은 시간이 지나서 성장기를 지난 상태이기 때문에 안정화된 상황이겠죠. 과학자들은 멀리 떨어진 은하를 관측하므로써 우리 은하를 비롯한 은하들이 우주 탄생의 초기에 어떤 상황이었는지를 추정할 수 있습니다.
현재 관측 기기로는 여기까지가 한계지만 미래에 제임스 웹 우주 망원경이나 30 미터 망원경 (Thirty Meter Telescope TMT) 등 차세대 망원경이 완성되면 더 멀고 오래된 은하도 관측이 가능할 것입니다. 그렇게 되면 우주 초기에 어떤 방식으로 은하가 탄생하고 진화했는지에 대해서 더 상세한 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다. 이 연구는 Nature 에 실렸습니다.
참고
Journal Reference:
- S. L. Finkelstein, C. Papovich, M. Dickinson, M. Song, V. Tilvi, A. M. Koekemoer, K. D. Finkelstein, B. Mobasher, H. C. Ferguson, M. Giavalisco, N. Reddy, M. L. N. Ashby, A. Dekel, G. G. Fazio, A. Fontana, N. A. Grogin, J.-S. Huang, D. Kocevski, M. Rafelski, B. J. Weiner, S. P. Willner. A galaxy rapidly forming stars 700 million years after the Big Bang at redshift 7.51. Nature, 2013; 502 (7472): 524 DOI: 10.1038/nature12657
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