우주 이야기 1277 - 우주 극초기의 은하를 확인한 제임스 웹 우주 망원경과 ALMA

(The image of galaxy GHZ2/GLASS-z12 with the associated ALMA spectrum. ALMA’s deep spectroscopic observations revealed a spectral emission line associated with ionized Oxygen near the galaxy, which has been shifted in its observed frequency due to the expansion of the Universe since the line was emitted. Credit: NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U)

제임스 웹 우주 망원경은 본격 관측을 시작한지 1년도 되지 않은 짧은 시간에도 수많은 과학적 성과들을 내놓고 있습니다. 이런 성과들 가운데 하나는 빅뱅 직후 형성된 초기 은하를 관측하는 것입니다. 이런 임무 중 하나가 JWST GLASS 서베이로 거대한 은하단 뒤에 있는 초기 은하를 확대해 보는 것이 임무였습니다. 그리고 여기서 발견된 GHZ2/GLASS-z12는 우주 나이의 3%에 불과한 극초기 시점의 은하인 것으로 나타났습니다.

이렇게 오래 전 은하는 지구까지 오면서 우주의 팽창에 의한 적색 편이가 심하게 나타납니다. 따라서 관측 역시 몇 개의 파장에서 필터를 이용해 진행됩니다. 그러나 이 붉은 색 파장이 진짜로 순수하게 적색 편이에 의한 것인지 아니면 다른 요인이 있는지는 제임스 웹 우주 망원경의 관측 능력으로도 100% 확신할 수 없을 수가 있습니다.

나고야 대학의 연구팀은 현존하는 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA를 이용해 GHZ2/GLASS-z12를 관측했습니다. 목표는 초기 은하에 흔한 산소의 스펙트럼을 확인해 실제로 제임스 웹 우주 망원경이 관측한 적색 편이가 맞다는 것을 교차 검증하는 것입니다.

관측 결과는 이 은하가 우주 나이가 3억 6700만년에 불과한 시점의 모습이라는 점을 다시 확인시켰습니다. 사실 이 정도 나이의 은하는 수소와 헬륨이 대부분이고 무거운 원소는 별로 없지만, 산소는 비교적 빨리 생성되는 원소이기 때문에 관측이 가능합니다. 이번 연구는 제임스 웹 우주 망원경의 관측 결과를 다시 교차 검증했다는 점에서 의의가 있습니다.

GHZ2/GLASS-z12는 우주의 1세대 은하라고 할 수 있습니다. 제임스 웹 우주 망원경으로도 작은 점처럼 보이는 이 은하에 어떤 비밀이 숨어 있는지는 앞으로 풀어야 할 숙제 중 하나입니다. 언젠가 과학자들이 그 해답을 찾아낼 것으로 믿습니다.

참고

https://phys.org/news/2023-01-astronomers-age-distant-galaxy-oxygen.html

Tom J L C Bakx et al, Deep ALMA redshift search of a z ∼ 12 GLASS-JWST galaxy candidate, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac3723

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