((Top Row: Panels A–C) Optimal fit regions in the z vs μ (magnification) parameter space for SMDS fits to JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z12-0, and JADES-GS-z13-0 photometric data. The heatmap is color coded according to the value of the χ 2 and is cutoff (grayed out) at the critical value corresponding to 95% CL. In addition to labeling the object, the title in each panel includes the mass and formation mechanism for the SMDSs model considered. (Bottom Row: Panels D–F) For each case, we plot our best fit SEDs against the photometric data of (27) in each band. Titles include values of relevant parameters and χ 2. Each band is visually represented by its throughput curves, color coded and plotted at the bottom of the SED plots. Credit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2305762120)
우주에 있는 물질의 80%는 아직도 정체를 모르는 암흑 물질입니다. 과학자들은 그 정체를 모르지만, 대신 암흑 물질이 행사하는 중력을 통해 그 존재를 확인할 수 있습니다. 우리 은하를 비롯해 은하단 같은 큰 천체는 암흑 물질의 중력 없이는 유지될 수 없습니다.
과학자들은 주로 암흑 물질로만 이뤄진 은하를 관측했습니다. 그렇다면 이론적으로 주로 암흑 물질로 이뤄진 별도 존재할 수 있을 것입니다. 최근 쾰른 대학과 텍사스 대학의 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경 관측 데이터에서 그 증거를 발견했습니다.
연구팀은 과거에도 암흑 별 (dark star)를 찾기 위한 연구를 진행했습니다. 당시 암흑 별의 존재를 증명하지는 못했지만, 이론적으로 이들이 어떻게 보일지에 대해서는 많은 연구를 진행했습니다. 연구팀에 따르면 암흑 별은 일반적인 별보다 매우 커서 멀리서 관측하면 은하처럼 보입니다.
연구팀은 제임스 웹 우주 망원경 데이터에서 JADES-GS-z11, z12, z13-0라는 세 개의 후보를 확인했습니다. 모두 매우 멀리 떨어진 우주 초기의 은하이지만, 사실 은하의 특징에 맞지 않고 암흑 별에 더 가까운 특징을 지니고 있다는 게 연구팀의 주장입니다.
연구팀에 따르면 이런 암흑 별이 아주 멀리 떨어진 초기 우주에 있는 이유가 있습니다. 이론적으로 암흑 별의 질량이 매우 크고 중력도 크기 때문에 결국 수소나 헬륨 같은 일반적인 물질까지 끌여들여 거대 질량 블랙홀로 붕괴될 수밖에 없습니다. 그 결과 우리 주변에는 암흑 별이 없고 초기 우주를 관측할 수 제임스 웹 우주 망원경에만 포착된 것입니다.
암흑 물질이 무엇인지에 대한 답에 어쩌면 이 암흑 별에 있을지도 모름니다. 이들이 실제로 존재한다면 가장 흥미로운 관측 목표가 될 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2023-07-james-webb-space-telescope-evidence.html
Cosmin Ilie et al, Supermassive Dark Star candidates seen by JWST, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2305762120
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