지금까지 관찰된 것 중 가장 멀리 떨어져 있고 가장 오래된 회전 원반 은하계는 천문학자들을 놀라게 했으며 은하 진화에 관한 우리 이론에 도전할 수 있습니다. 그들은 우주 초기에 활발하게 회전하고 있는 것처럼 보일 뿐만 아니라, 은하계는 우리 은하와 같이 고도로 진화된 “젊은” 은하와 유사한 나선팔의 징후도 보여줍니다.
REBELS-25라고 불리는 이 은하계는 천문학자들이 은하계가 젊고 혼란스러울 것으로 예상하는 시점인 빅뱅 이후 불과 7억년 후인 것으로 보입니다. 그 이름에 걸맞게 이 반항적인 은하는 혼란스럽기보다는 조직적으로 나타나 추세를 거스릅니다.
REBELS-25는 칠레 북부 아타카마 사막 지역에 위치한 66개의 전파 망원경 네트워크인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 사용하는 천문학자 팀에 의해 발견되었습니다.
“은하 형성에 대한 우리의 이해를 바탕으로 우리는 대부분의 초기 은하가 외관상 작고 혼란스러울 것으로 예상합니다”라고 네덜란드 라이덴 대학의 천문학자이자 팀 멤버인 Jacqueline Hodge는 말합니다. 그는 성명에서 말했다.
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우아하고 반항적인 청년
138억년 된 우주에 존재하는 은하수와 같은 현대 은하계는 놀라운 나선팔과 같은 독특한 모양과 특성을 발달시키는 데 수십억 년이 걸렸습니다.
초기 우주에서 조직화하는 데 그렇게 많은 시간이 걸리기 전에 천문학자들은 혼란스럽고 덩어리진 은하를 볼 것으로 예상했습니다. 이러한 초기 은하들은 일련의 충돌과 합병을 통해 수십억 년에 걸쳐 현대 은하의 모양을 진화시켰을 것으로 예상되며, 원반 모양과 나선팔과 같은 특성이 믿을 수 없을 정도로 천천히 발전했습니다.
우주가 현재 나이의 5%에 불과했을 때 REBELS-25의 발견은 이 타임라인에 의문을 제기합니다.
“자전이 강하게 지배하는 우리 은하와 유사한 은하를 보는 것은 초기 우주의 은하가 오늘날 우주를 구성하는 은하로 얼마나 빨리 진화했는지에 대한 우리의 이해에 도전합니다.”라고 역시 라이덴 출신의 연구 팀장인 Lucy Rowland가 말했습니다. 대학에서도 같은 성명을 발표했습니다.
천문학자들이 ALMA를 사용하여 REBELS-25를 처음 발견했을 때 이 은하는 회전의 징후를 보여주었기 때문에 이미 놀라운 것으로 간주되었습니다. 그러나 이 초기 조사는 이것이 실제로 지금까지 본 은하 중 가장 멀리 떨어져 있고 강하게 회전하는 은하라는 것을 확인할 만큼 충분히 높은 해상도는 아니었습니다.
이 초기 은하의 구조와 움직임을 더 정확하게 밝히기 위해 팀은 ALMA를 사용하여 계속 연구했지만 이번에는 더 높은 해상도를 사용했습니다. 이 가스는 REBELS-25가 지구를 향해 이동하거나 지구로부터 멀어지는 모습을 보여줍니다. 이는 청색편이(blueshift)와 적색편이(redshift)라는 현상으로 인해 가능합니다.
광원이 지구를 향해 이동하면 해당 빛의 파장이 압축됩니다. 이는 빛을 전자기 스펙트럼의 단파장 ‘청색 끝’ 쪽으로 ‘이동’시킵니다. 그러므로 우리를 향해 움직이는 광원은 “청색 편이”입니다. 반대로, 광원이 우리에게서 멀어지면 방출되는 빛의 파장이 늘어나 전자기 스펙트럼의 ‘빨간색 끝’쪽으로 이동합니다.
새로운 연구는 REBELS-25가 기록적인 은하이며, 지금까지 가장 오래되고 가장 멀리 떨어져 있는 강하게 회전하는 은하임을 확인했습니다.
“ALMA는 이를 달성하는 데 필요한 감도와 해상도를 갖춘 유일한 망원경입니다.”라고 영국 리버풀 존 모리스 대학의 팀 멤버인 Rinski Smit도 같은 성명에서 말했습니다.
REBELS-25에는 아직 완전히 공개되지 않은 다른 놀라움이 있는 것 같습니다. 예를 들어, 초기 은하계는 약 136억년 된 은하수와 유사한 특성을 갖고 있는 것으로 보입니다. 여기에는 나선형 팔이 있을 수 있다는 힌트가 있는 길쭉한 별의 “중앙 막대”가 포함됩니다. 이로 인해 REBELS-25는 역대 가장 멀리 있고 가장 오래된 나선 은하라는 또 다른 기록을 경신하게 됩니다. 현재 기록 보유자는 우주의 나이가 약 21억년이었을 때 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 촬영한 Cheers-2112이다.
“더 발전된 구조에 대한 추가 증거를 찾는 것은 흥미로운 발견이 될 것입니다. 왜냐하면 그것은 현재까지 그러한 구조가 관찰된 가장 먼 은하일 것이기 때문입니다.”라고 Rowland는 결론지었습니다.
이 팀의 연구는 왕립천문학회 월간지에 게재되도록 승인되었습니다.
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