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우주 이야기 1566 - 우주 극초기에 형성된 나선 은하



 (The newly discovered spiral galaxy Alaknanda (inset) as observed in the shorter wavelength JWST bands. Several bright galaxies from the foreground Abell 2744 cluster are also seen. Credit: NASA/ESA/CSA, I. Labbe/R. Bezanson/Alyssa Pagan (STScI), Rashi Jain/Yogesh Wadadekar (NCRA-TIFR))

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(Left panel: Image of Alaknanda in rest-frame near-ultraviolet filters. The star-forming regions in the spiral arms form a beads-on-a-string pattern, characteristic of UV emission from massive stars in star-forming regions. Right panel: Alaknanda as seen in rest-frame optical filters. The spiral arms are less prominent and the underlying disk is clearly seen. Credit: NASA/CSA/ESA, Rashi Jain (NCRA-TIFR))

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제임스 웹 우주 망원경이 빅뱅 직후 15억 년 정도밖에 되지 않은 시점에 형성된 나선 은하를 발견했습니다. 인도의 타타 기초 연구소의 국립 전파 천문학 연구소 (National Center for Radio Astrophysics of the Tata Institute of Fundamental Research (NCRA-TIFR))의 라쉬 자인과 요게싀 와다데카르 (Rashi Jain and Yogesh Wadadekar)는 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 우주 초기의 은하를 연구했습니다.

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일반적으로 우주 초기 은하는 아직 가스가 많고 별은 적은 어린 은하들로 생성되는데 많은 시간이 필요한 복잡한 구조를 지니고 있지 않습니다. 나선 은하처럼 중앙에는 벌지 (bulge, 별이 집중된 은하 중앙부), 그리고 주변으로는 긴 나선형의 팔이 있고 곳곳에 구상 성단과 은하 주변 헤일로가 존재하는 복잡한 구조의 나선 은하가 생성되는 데는 적어도 수십 억년의 시간과 여러 가지 조건이 필요합니다.

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대표적인 조건은 우주 공간에서 차가운 가스가 지속적으로 유입됨 (가스 축적), 가스가 회전하는 디스크 형태로 안정화, 밀도 파동이 디스크를 흔들어 나선 팔을 형성, 다른 외부 은하 충돌 없이 안정된 환경 유지 등이 있습니다.

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하지만 아벨 2744(Pandora’s Cluster)라는 거대한 은하단의 뒤쪽에 위치한 알라크나다(Alaknanda, 히말라야의 강으로, 갠지스 강의 주요 지류 중 하나)는 이와 같은 기존의 이론에 심각한 의문을 제기하고 있습니다. 이 은하는 아벨 2744의 중력 렌즈 덕분에 본래 크기보다 크게 확대되어 보이는데, 덕분에 과학자들은 빅뱅 직후 15억 밖에 되지 않은 극초기 은하에서 벌지와 적어도 두 개의 나선팔의 존재를 확인할 수 있었습니다.

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알라크나다의 벌지는 130억 살 이상된 대형 은하인 우리 은하와 맞먹는 3만 광년의 지름을 지니고 있으며 별이 생성되는 속도는 1년에 태양 질량의 60배 정도로 우리 은하보다 적어도 20배 빠릅니다. 더욱 놀라운 사실은 대부분의 별이 최근에 생성되어 은하에 있는 별의 절반은 나이가 2억년 이내에 불과합니다.

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어떻게 이렇게 빠른 속도로 나선 은하가 형성될 수 있는지는 현재까지 미스터리입니다. 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능과 중력 렌즈의 도움으로 우리는 우주 극초기에 일어났던 일을 직접 목격하고 수많은 미스터리를 새로 발견하고 있습니다. 하지만 아직도 더 먼 우주, 더 오래된 우주의 미스터리는 여전히 남아 있습니다. 제임스 웹 우주 망원경보다 더 강력한 망원경이 언젠가 나와야 하는 이유입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-12-alaknanda-jwst-massive-grand-spiral.html

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Rashi Jain et al, A grand-design spiral galaxy 1.5 billion years after the Big Bang with JWST, Astronomy & Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202451689

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