우주 이야기 1416 - 빅뱅 후 3억 년 된 은하를 관측한 제임스 웹 우주 망원경

 (This infrared image from NASA’s James Webb Space Telescope (also called Webb or JWST) was taken by the NIRCam (Near-Infrared Camera) for the JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, or JADES, program. The NIRCam data was used to determine which galaxies to study further with spectroscopic observations. One such galaxy, JADES-GS-z14-0 (shown in the pullout), was determined to be at a redshift of 14.32 (+0.08/-0.20), making it the current record-holder for the most distant known galaxy. This corresponds to a time less than 300 million years after the Big Bang. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA))

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(Scientists used NASA's James Webb Space Telescope’s NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) to obtain a spectrum of the distant galaxy JADES-GS-z14-0 in order to accurately measure its redshift and therefore determine its age. The redshift can be determined from the location of a critical wavelength known as the Lyman-alpha break. This galaxy dates back to less than 300 million years after the Big Bang. Credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

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제임스 웹 우주 망원경이 역대 가장 멀리 떨어져 있고 가장 오래된 초기 은하를 관측했습니다. 국제 과학자 연구팀인 JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) 팀이 발견한 두 개의 은하인 JADES-GS-z14-0와 JADES-GS-z14-1는 빅뱅 이후 3억 년에 불과한 시기에 형성된 은하입니다.

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둘 가운데 조금 더 멀고 그만큼 약간 더 오래된 JADES-GS-z14-0은 극초기 은하임에도 불구하고 매우 밝은 은하입니다. 따라서 이렇게 먼 거리에서도 볼 수 있는 것이지만, 어떻게 우주 초기에 이 정도 크기 은하가 형성될 수 있는지는 의문입니다.

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이 두 은하에서 나온 빛은 긴 세월 시공간을 여행하면서 파장이 길어지는 적색 편이가 일어나 자외선이 적외선 파장까지 길어지게 됩니다. 이 긴 파장이 제임스 웹 우주 망원경의 NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph)에 포착된 것입니다. 이름처럼 적색편에 z = 14인 엄청나게 붉어진 은하들입니다.

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한 가지 더 놀라운 사실은 수소 뿐 아니라 산소 원자의 존재도 확인했다는 것입니다. 우주 극초기에 이미 무거운 1세대 별이 생겼다가 수백만 년만에 초신성 폭발로 사라지면서 무거운 원소를 만들었다는 증거입니다.

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제임스 웹 우주 망원경은 이 망원경이 없었다면 불가능했을 수많은 발견을 이룩하면서 대체 불가능한 강력한 망원경으로 자리매김 했습니다. 처음에는 긴 개발 시간과 막대한 비용 때문에 논쟁도 있었지만, 이제는 충분히 그 값어치를 하고 있다는 데 누구도 반론을 제기하기 힘들 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-05-astronomers-distant-galaxy-james-webb.html

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A shining cosmic dawn: spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at z∼14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18485

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JWST/MIRI photometric detection at 7.7 μm of the stellar continuum and nebular emission in a galaxy at z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462

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Brant Robertson et al, Earliest Galaxies in the JADES Origins Field: Luminosity Function and Cosmic Star-Formation Rate Density 300 Myr after the Big Bang, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.10033