(NASA’s James Webb Space Telescope has spotted a multiply imaged supernova in a distant galaxy designated MRG-M0138. Two images of the supernova (circled) are seen in the Webb NIRCam (Near-Infrared Camera) image above, but an additional supernova image is expected to become visible around 2035. In this image blue represents light at 1.15 and 1.5 microns (F115W+F150), green is 2.0 and 2.77 microns (F200W+277W), and red is 3.56 and 4.44 microns (F356W + F444W). Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Justin Pierel (STScI) and Andrew Newman (Carnegie Institution for Science).)
(Left: In 2016 NASA’s Hubble Space Telescope spotted a multiply imaged supernova, nicknamed Supernova Requiem, in a distant galaxy lensed by the intervening galaxy cluster MACS J0138. Three images of the supernova are visible; a fourth image is expected to arrive in 2035. In this near-infrared image, light at 1.05 microns is represented in blue, and 1.60 microns is orange. Right: In November 2023, NASA’s James Webb Space Telescope identified a second multiply imaged supernova in the same galaxy using its NIRCam (Near-Infrared Camera) instrument. This is the first known system to produce more than one multiply-imaged supernova. Download the full-resolution side-by-side image. Hubble image credit: NASA, ESA, STScI, Steve A. Rodney (University of South Carolina) and Gabriel Brammer (Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen); JWST image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Justin Pierel (STScI) and Andrew Newman (Carnegie Institution for Science).)
2023년 11월, 제임스 웹 우주 망원경은 MACS J0138.0-2155이라는 은하단을 관측하고 있었습니다. 은하단은 큰 중력을 통해 주변을 지나는 빛의 경로를 휘게 만들기 때문에 중력 렌즈로 활용됩니다. 이 경우에도 MACS J0138.0-2155 은하단은 100억 광년 떨어진 MRG-M0138라는 은하를 확대해서 보여주고 있었습니다. 그리고 예상치 않게 과학자들은 이 은하에서 초신성의 이미지를 확인했습니다.
앞서 과학자들은 2019년에 허블 망원경 이미지를 분석하다가 2016년에 MRG-M0138에서 초신성 폭발이 일어났다는 사실을 알게 됐습니다. 허블 망원경 이미지에서는 세 군데 점이 찍혀 있는데, 이는 초점이 맞지 않기 때문에 생기는 현상입니다. 그런데 2023년 확인한 이미지에서는 비슷한 위치에 두 군데 점을 확인할 수 있습니다.
나사 우주 망원경 과학 연구소의 저스틴 피어렐(Justin Pierel (NASA Einstein Fellow at the Space Telescope Science Institute))과 카네기 공대 천문대의 천문학자 앤드류 뉴맨 (Andrew Newman (staff astronomer at the Observatories of the Carnegie Institution for Science))은 이 다섯 개의 점이 모두 레퀴엠 (Requiem)이라고 명명한 하나의 초신성에서 나온 것으로 분석했습니다.
중력 렌즈라고는 하지만, 사실 원형의 렌즈가 아니기 때문에 빛이 휘어지는 정도가 경로에 따라 다를 수밖에 없습니다. 결국 일부 빛은 조금 더 먼 거리를 돌아오기 때문에 지구에서 일정 시차를 두고 관측할 수 있는 것입니다. 물론 이는 지구에서 봤을 때 여러 가지 조건이 맞을 때만 가능하기 때문에 지금까지 수십 번 밖에 관측된 바가 없는 드문 현상입니다.
연구팀의 모델에 따르면 레퀴엠의 연주는 아직 끝나지 않았습니다. 2035년에는 아마도 다른 빛이 지구에 도달해 앵콜 공연이 이뤄질 것입니다. 이를 관측해서 전체적인 빛의 경로를 알면 이 빛이 지나오면서 우주가 팽창한 정도를 알 수 있고 이를 통해 더 정확한 허블 상수의 계산이 가능할 수 있습니다.
중력 렌즈는 우주를 연구하는 과학자들에게 소중한 보물과도 같습니다. 중력과 빛이 부리는 여러 가지 마법을 통해 과학자들은 우주에 비밀에 한 걸음 더 다가설 수 있을 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2023-12-webb-lensed-supernova-distant-galaxy.html
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