우주 이야기 1113 - 125억 년 전 우주 초기의 은하단을 확인하다

(The studied galaxy cluster in formation, 12.5 billion light years from us. The circles indicate the new members discovered with the GTC, 4 of them are shown in detail. Credit: NASA/ESA/GOODS-N+3DHST+CANDELS Team/Daniel López/IAC)

과학자들이 우주가 생성된 지 얼마 되지 않은 시점인 125억 년 전 초기 은하단의 모습을 관측하는데, 성공했습니다. 스페인 카나리스 천체물리학 연구소 (Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC))의 과학자들이 이끄는 국제 과학자팀은 카나리스 제도에 설치된 10.4m 구경 대형 천체 망원경인 Gran Telescopio Canarias (GTC)를 이용해 이를 관측했습니다.

빅뱅 직후 4억년까지 우주에는 별과 은하가 존재하지 않았습니다. 그러다가 가스가 모여 최초의 별이 생성되고 우주가 다시 빛나게 되면서 은하와 더 큰 존재인 은하단의 초기 형태가 등장하기 시작했습니다. 과학자들은 이 과정을 이해하기 위해 허블 우주 망원경과 다른 고성능 망원경을 이용해 아득히 멀리 떨어진 초기 은하들을 관측했습니다.

이 과정에서 국제 과학자팀은 2012년 HDF850.1이라는 매우 멀리 떨어진 은하를 관측했습니다. 이 은하는 별 생성이 매우 활발하게 일어나고 있었습니다. 로사 칼비(Rosa Calvi)가 이끄는 IAC의 연구팀은 GTC에 설치된 GRANTECAN (OSIRIS instrument on the Gran Telescopio Canarias)라는 관측 장비를 이용해서 이 은하 주변에서 다수의 초기 은하를 확인했습니다.

연구팀은 수십 개의 은하를 확인하는 과정에서 HDF850.1를 제외하면 다른 은하들은 모두 별 생성 속도가 정상 수준이라는 사실도 발견했습니다. 이는 SHARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources) 데이터를 통해 발견되었는데, 은하단 초기 생성 단계부터 이미 다양한 분화가 일어나고 있다는 의미입니다. 같은 은하단에 속해 있더라도 은하들은 각자의 특징을 지니고 있는데, 이런 차이가 아주 초기 단계부터 있다는 이야기입니다.

사실 이렇게 멀리 떨어진 은하는 최신 관측 장비를 사용하더라도 사진에서 보는 것처럼 희미한 반점처럼 보일 뿐입니다. 그래도 과학자들은 여러 가지 분석 장비와 기술을 사용해서 최대한 많은 정보를 수집했습니다. 앞으로 제임스 웹 우주 망원경 같은 차세대 망원경이 활약하게 되면 더 많은 정보를 수집해 우리가 지금 살고 있는 우주가 어떻게 생성되었는지 더 깊이 이해할 수 있게 될 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2021-02-grantecan-largest-cluster-galaxies-early.html

Rosa Calvi et al, Probing the existence of a rich galaxy overdensity at z = 5.2, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021). DOI: 10.1093/mnras/staa4037

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