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우주 이야기 1034 - 초기 은하에서 발견된 거대한 회전 디스크


(Artist impression of the Wolfe Disk, a massive rotating disk galaxy in the early, dusty universe. The galaxy was initially discovered when ALMA examined the light from a more distant quasar (top left). Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

(ALMA radio image of the Wolfe Disk, seen when the universe was only ten percent of its current age. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

(The Wolfe Disk as seen with ALMA (right - in red), VLA (left - in green) and the Hubble Space Telescope (both images - blue). In radio light, ALMA looked at the galaxy’s movements and mass of atomic gas and dust and the VLA measured the amount of molecular mass. In UV-light, Hubble observed massive stars. The VLA image is made in a lower spatial resolution than the ALMA image, and therefore looks larger and more pixelated. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; NASA/ESA Hubble)


 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA가 초기 우주에서 예상치 않았던 거대한 은하 디스크를 확인했습니다. 빅뱅 직후 우주에는 별이나 은하가 존재하지 않았지만, 우주의 팽창과 더불어 온도가 떨어지면서 수소와 헬륨이 형성되고 중력에 의해 가스가 모이기 시작하면서 최초의 별과 은하의 씨앗에 해당되는 덩어리들이 탄생했습니다. 이들은 초기 은하를 이뤘으며 충돌과 합체를 통해 몸집을 키워 현재와 같은 성숙한 은하로 성장했습니다. 우리가 은하계의 이미지로 흔히 떠올리는 나선 은하는 우주의 진화가 어느 정도 이뤄진 후 등장한 것입니다. 


 그런데 최근 관측 결과들은 지구에서 아주 멀리 떨어진 초기 은하 가운데도 생각보다 큰 은하가 있다는 사실을 보여주고 있습니다. 독일 막스 플랑크 천문학 연구소의 마르켈 닐레만 (Marcel Neeleman of the Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Germany.)이 이끄는 연구팀은 이에 더해서 우주 나이의 10%에 해당하는 우주 초기에 디스크를 지닌 은하가 있다는 사실을 확인했습니다. 


 천문학자 아서 M. 울페 (Arthur M. Wolfe)의 이름을 따서 울페 디스크 Wolfe Disk라고 명명된 이 원시적인 은하 디스크는 놀랍게도 우리 은하와 비슷한 시속 272km의 속도로 회전하고 있습니다. 우주의 나이가 15억년 정도 밖에 되지 않은 시기에 벌써 이런 형태의 회전 디스크가 생성되었다는 것은 현재의 은하 생성 및 진화 이론에 심각한 도전으로 받아들여지고 있습니다. 


 작은 은하들의 충돌 합체를 통해 나선 은하가 진화하는 현재의 은하 진화 모델에서는 대략 빅뱅 직후 60억년 이후에 이런 은하들이 등장하게 되지만, DLA0817g라고 명명된 이 은하는 그보다 45억년 전에 이미 크고 빠르게 회전하는 디스크를 지니고 있었습니다. 아직 차갑지만, 막대한 양의 가스와 먼지를 지닌 울페 디스크는 우리 은하보다 10배 빠른 속도로 새로운 별을 생성하고 있습니다. 참고로 과학자들은 이 과정을 이해하기 위해 ALMA 이외에도 Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) 및 허블 우주 망원경으로 이 은하를 관측했습니다. 


 빠른 시기에 성숙한 은하가 등장한 이유에 대해서는 앞으로 풀어야할 숙제지만, 은하의 진화를 연구해온 과학자들에게 새로운 질문 거리를 던져줬다는 점은 분명해 보입니다. 해당 분야의 대학원생들과 포닥들이 풀어야할 숙제가 더 많아진 셈입니다. 


 참고 


 A cold, massive, rotating disk galaxy 1.5 billion years after the Big Bang, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2276-y , www.nature.com/articles/s41586-020-2276-y

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