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우주 이야기 1335 - 제임스 웹 우주 망원경이 관측한 뚱뚱한 거대 은하단


 

(Webb’s infrared image of the galaxy cluster El Gordo (“the Fat One”) reveals hundreds of galaxies, some never before seen at this level of detail. El Gordo acts as a gravitational lens, distorting and magnifying the light from distant background galaxies. Two of the most prominent features in the image include the Thin One, located just below and left of the image center, and the Fishhook, a red swoosh at upper right. Both are lensed background galaxies. Credit: Image: NASA, ESA, CSA, Science: Jose M. Diego (IFCA), Brenda Frye (University of Arizona), Patrick Kamieneski (ASU), Tim Carleton (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Image Processing: Alyssa Pagan (STScI), Jake Summers (ASU), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Aaron Robotham (UWA), Rogier Windhorst (ASU).)

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(Webb’s infrared image of the galaxy cluster El Gordo (“the Fat One”) reveals hundreds of galaxies, some never before seen at this level of detail. El Gordo acts as a gravitational lens, distorting and magnifying the light from distant background galaxies. Two of the most prominent features in the image include the Thin One, highlighted in box A, and the Fishhook, a red swoosh highlighted in box B. Both are lensed background galaxies. The insets at right show zoomed-in views of both objects. Credit: Image: NASA, ESA, CSA, Science: Jose M. Diego (IFCA), Brenda Frye (University of Arizona), Patrick Kamieneski (ASU), Tim Carleton (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Image Processing: Alyssa Pagan (STScI), Jake Summers (ASU), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Aaron Robotham (UWA), Rogier Windhorst (ASU))

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제임스 웹 우주 망원경의 주요 목표는 강력한 성능으로 아주 멀리 떨어져 있는 초기 우주를 관측하는 것입니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경도 우주에서 가장 큰 망원경의 도움을 받을 수 있습니다. 바로 거대 은하단의 중력에 의한 중력 렌즈입니다.

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중력 렌즈는 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 예측된 현상으로 중력에 의해 빛이 굴절되어 렌즈처럼 천체를 확대하는 현상입니다. 지구에서 최소 70억 광년 이상 떨어진 엘 고르도 El Gordo (스페인어로 뚱뚱한 사람) 은하단이 대표적인 사례입니다.

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이 거대 은하단은 강력한 중력으로 아주 멀리 떨어져 있는 우주 초기의 은하들을 확대해주기 때문에 이전부터 주요 관측 목표였습니다. 물론 제임스 웹 우주 망원경도 이를 관측했습니다. 애리조나 대학의 브렌다 프라예 (Brenda Frye of the University of Arizona)가 이끄는 연구팀은 다수의 제임스 웹 우주 망원경 관측 결과를 발표했습니다.

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엘 고르도 안에는 여러 가지 재미있는 중력 렌즈 결과물이 보이는데 그중 하나가 바로 물고기 낚시 바늘이라는 뜻의 엘 안주엘로 (El Anzuelo)입니다. 본래는 정상적인 형태의 은하이지만, 중력 렌즈는 대부분 초점이 잘 맞지 않기 때문에 상이 여러 개로 나타나거나 이렇게 왜곡된 형태로 나타나게 됩니다. 물론 과학자들은 이를 보정해 본래 형태와 구조를 알아낼 수 있습니다.

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연구팀에 따르면 엘 안주엘로 은하의 지름은 우리 은하의 1/4 정도인 26,000광년 입니다. 106억 년 거리에 있는 은하로 우리는 106억 년 전의 모습을 보고 있는 것입니다. 과학자들은 우주 초기에는 이렇게 다소 작은 은하들이 합체되고 성장하면서 지금의 우리 은하처럼 커졌다고 보고 있습니다.

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(In July 2022, NASA's James Webb Space Telescope observed El Gordo, a galaxy cluster that existed 6.2 billion years after the big bang. It was selected as the most massive galaxy cluster known at that time in cosmic history. The resulting image reveals a variety of gravitationally lensed galaxies, including striking objects nicknamed the Fishhook and the Thin One. Come with us on a video tour of this new infrared image from Webb. Credit: NASA, ESA, CSA)

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엘 가르도에서 또 다른 재미 있는 구조물은 얇은 것 (thin one)이라는 뜻의 라 플라카 (La Flaca)입니다. 역시 중력 렌즈의 왜곡에 의해 길쭉해진 은하로 지구에서 거리는 110억 광년입니다. 라 플라카에는 거대한 적색 거성의 이미지가 확대되어 있는데, 퀄러 (Quyllur)라는 이름을 지니고 있습니다. 아무리 중력 렌즈의 도움이라지만, 이 거리에서도 보이는 것은 엄청나게 큰 초거성이라는 의미입니다.

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이외에도 제임스 웹 우주 망원경은 엘 가르도에서 121억 년 전 형성 중인 은하단의 모습 등 우주 초기의 중요한 모습들을 관측했습니다. 앞으로 후속 연구를 통해 더 재미있는 내용들이 계속 밝혀질 것으로 기대합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-08-webb-spotlights-gravitational-arcs-el.html

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Brenda L. Frye et al, The JWST PEARLS View of the El Gordo Galaxy Cluster and of the Structure It Magnifies, The Astrophysical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/acd929

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Patrick S. Kamieneski et al, Are JWST/NIRCam color gradients in the lensed z=2.3 dusty star-forming galaxy El Anzuelo due to central dust attenuation or inside-out galaxy growth?, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2303.05054

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J. M. Diego et al, JWST's PEARLS: A new lens model for ACT-CL J0102−4915, "El Gordo," and the first red supergiant star at cosmological distances discovered by JWST, Astronomy & Astrophysics (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202245238

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Timothy Carleton et al, PEARLS: Low Stellar Density Galaxies in the El Gordo Cluster Observed with JWST, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2303.04726

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