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우주 이야기 1269 - 제임스 웹 우주 망원경이 확인한 110억 년 막대 나선 은하



 (The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it's a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin)



(Montage of JWST images showing six example barred galaxies, two of which represent the highest lookback times quantitatively identified and characterized to date. The labels in the top left of each figure show the lookback time of each galaxy, ranging from 8.4 to 11 billion years ago (Gyr), when the universe was a mere 40% to 20% of its present age. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin)

제임스 웹 우주 망원경이 우주 역사 초기부터 우리 은하 같은 막대 나선 은하가 존재했다는 사실을 확인했습니다. 은하의 진화는 상당히 빠른 속도로 이뤄져 이미 우주 초기에 나선 은하들이 등장했던 것으로 추측되고 있습니다. 하지만 허블 우주 망원경으로도 이렇게 멀리 떨어진 은하는 작은 점 정도로 보이기 때문에 그 구조를 알아내는 데는 한계가 있었습니다.

제임스 웹 우주 망원경은 과거 허블 우주 망원경이 흐릿하게 나선 구조를 발견했던 초기 은하에서 매우 선명한 막대 나선 구조를 발견했습니다. 최대 110억 광년에서 84억 광년 떨어진 은하들로 우주 나이의 20-40% 정도 초반에 이미 복잡한 구조를 지닌 대형 은하가 성장했음을 보여주는 결정적인 증거입니다. (사진 참조) 그리고 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능이 아니었다면 결코 발견할 수 없었던 모습입니다.

(This simulation shows both how stellar bars form (left) and the bar-driven gas inflows (right). Stellar bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions of a galaxy, where it is rapidly converted into new stars, at a rate typically 10 to 100 times as fast as the rate in the rest of the galaxy. Bars also indirectly help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way. Credit: Francoise Combes, Paris Observatory)

나선 은하 중심에 생기는 막대는 단순히 형태상의 특징일 뿐 아니라 사실 가스를 끌어당겨 은하의 다른 부위보다 10-100배 정도 많은 별을 생성하는 구조물로 은하 진화에서 중요한 역할을 담당합니다. 그리고 은하 중심의 거대 질량 블랙홀의 성장에도 기여하는 것으로 보입니다. 우주 초기 은하 가운데서 특히 성장이 빠른 은하는 이런 구조를 일찍부터 진화시켜 거대한 막대 나선 은하로 성장했습니다.

과학자들은 시뮬레이션 결과와 실제 관측 결과를 비교해 나가면서 은하의 탄생과 진화에 대한 지식을 얻어나가고 있습니다. 제임스 웹 우주 망원경은 기존의 어떤 망원경도 불가능했던 초기 은하의 나선 구조를 밝혀 우주에 대한 인류의 지식을 넓혔습니다. 앞으로 이런 획기적인 성과가 계속해서 나올 것으로 기대합니다.

참고

https://phys.org/news/2023-01-james-webb-telescope-reveals-milky.html

Yuchen Guo et al, First Look at z > 1 Bars in the Rest-Frame Near-Infrared with JWST Early CEERS Imaging, arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2210.08658

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