웹, 설명할 수 없는 고대 은하 발견

NASA‘에스 제임스 웹 우주 망원경 그것은 은하와 거대한 행성에 대한 현재 이론에 도전하는 초기 우주의 신비한 물체를 밝혀냈습니다. 블랙홀 개발.

이 물체에는 예상보다 훨씬 큰 고대 별과 거대한 블랙홀이 포함되어 있어 초기 은하 형성의 빠르고 색다른 형태를 나타냅니다. 결과는 현재 모델과의 상당한 불일치를 강조하며 물체의 독특한 특성은 복잡한 초기 우주 역사를 가리킨다.

우주의 시작에서 놀라운 발견

NASA의 제임스 웹 우주망원경이 최근 발견한 결과, 이전에 초기 우주에서 발견된 극도로 붉은 빛을 내는 물체가 은하계와 초거대 블랙홀의 기원과 진화에 대한 오랜 생각에 도전한다는 사실이 확인되었습니다.

Penn State의 연구원들이 주도하고 RUBIES 조사의 일환으로 JWST의 NIRSpec 장비를 사용하여 국제 팀은 6억~8억년 전으로 거슬러 올라가는 세 개의 신비한 물체를 식별했습니다. 대폭발우주 나이가 현재 나이의 5%에 불과하던 시절. 그들은 6월 27일 잡지에서 그 발견을 발표했습니다. 천체 물리학 저널 편지.

과학자들은 분광 측정, 즉 물체에서 방출되는 다양한 파장의 빛의 강도를 분석했습니다. 그들의 분석은 젊은 우주에서 예상보다 훨씬 오래된 수억 년 된 “오래된” 별의 특징을 발견했습니다.

제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 우주의 먼 과거를 들여다볼 수 있는 창을 제공하여 135억 년 이상 전에 형성된 우주 최초의 은하계와 별의 이미지를 포착합니다. 이미지 제공: NASA-Goddard 우주 과학 센터, Adriana M. 구티에레스(CI 연구소)

은하 진화의 예상치 못한 발견

연구진은 같은 물체에서 초대질량 블랙홀의 흔적을 발견한 것에 놀랐다고 말했다. 우리 은하계의 초대질량 블랙홀보다 100~1,000배 더 큰 것으로 추정된다. 은하수은하 성장과 초대질량 블랙홀 형성에 대한 현재 모델에서는 이런 일이 일어날 것으로 예상되지 않습니다. 이 모델은 우주 역사의 수십억 년에 걸쳐 은하와 블랙홀이 함께 성장할 것으로 예측합니다.

Penn State 대학의 박사후 연구원이자 논문 주저자인 빙이 왕(Bingyi Wang)은 “우리는 이 물체들이 불과 6억~8억년 전의 우주에서 수억 년 된 고대 별들로 가득 차 있는 것으로 확인됐다”고 말했다. “이 물체는 고대 별빛의 가장 오래된 흔적에 대한 기록을 보유하고 있습니다.” “우주에서 그렇게 젊은 고대 별을 찾는 것은 전혀 예상치 못한 일이었습니다. 우주론과 은하 형성에 대한 표준 모델은 믿을 수 없을 정도로 성공적이었지만, 이러한 빛나는 물체는 이러한 이론에 적합하지 않습니다.”

연구원들은 JWST의 초기 데이터세트가 공개된 2022년 7월에 처음으로 거대한 물체를 발견했습니다. 팀은 다음과 같은 연구 논문을 발표했습니다. 자연 몇 달 후, 이러한 것의 존재가 발표되었습니다.

우주 관측의 과제

당시 연구자들은 이 물체가 은하라고 의심했지만 물체의 실제 거리와 거대한 빛을 공급하는 광원을 더 잘 이해하기 위해 스펙트럼을 사용하여 분석을 계속했습니다.

그런 다음 연구원들은 새로운 데이터를 사용하여 은하계의 모습과 그 내부에 대한 더 명확한 그림을 그렸습니다. 연구팀은 이 은하들이 태초에 실제로 은하였음을 확인했을 뿐만 아니라 놀라울 정도로 거대한 블랙홀과 놀라울 정도로 고대의 별 집단에 대한 증거도 발견했습니다.

Penn State의 천문학 및 천체물리학 조교수이자 두 논문의 공동 저자인 Joel Lyga는 “이것은 매우 수수께끼입니다”라고 말했습니다. 이것은 의심할 여지 없이 내 경력에서 본 것 중 가장 독특하고 흥미로운 물체 모음입니다.”

제임스 웹 망원경은 첨단 적외선 기능을 사용하여 우주 먼지를 들여다보고 우주에 숨겨진 구조를 탐지함으로써 빅뱅 직후 발생한 현상을 관찰하도록 설계되었습니다. 저작권: Northrop Grumman

고대 은하 구조의 비밀

제임스 웹 망원경에는 가장 오래된 별과 은하에서 방출되는 빛을 감지할 수 있는 적외선 센서가 장착되어 있습니다. 레가는 이 망원경을 통해 과학자들은 약 135억년 전, 즉 우리가 알고 있는 우주의 시작 부분에 가까운 과거에 무슨 일이 일어났는지 볼 수 있다고 말했습니다.

고대 빛을 분석할 때의 한 가지 과제는 빛을 발산할 수 있는 물체의 유형을 구별하기 어려울 수 있다는 것입니다. 이들 초기 물체의 경우 거대 블랙홀과 고대 별의 분명한 특성을 갖고 있습니다. 그러나 Wang은 관찰된 빛 중 얼마나 많은 양이 각 은하에서 나오는지는 아직 명확하지 않다고 설명했습니다. 즉, 이는 우리 은하보다 훨씬 더 거대하고 모델이 예측한 것보다 훨씬 일찍 형성되는 예상치 못한 고대 초기 은하일 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다는 것을 의미합니다. 자연적으로 더 질량이 큰 은하에는 오늘날의 은하보다 약 100~1,000배 더 큰 “초거대” 블랙홀이 있을 것입니다.

Wang은 “블랙홀에 떨어지는 물질에서 방출되는 빛과 이러한 작고 먼 물체에서 별에서 방출되는 빛을 구별하는 것은 매우 어렵습니다”라고 말했습니다. 이 흥미로운 물체에 대한 해석은 솔직히 “이 미스터리의 상당 부분이 해결되지 않은 상태로 남아 있다는 사실이 흥미롭습니다.”

설명할 수 없는 질량과 나이를 제외하고, 빛의 일부가 초대질량 블랙홀에서 나온다면 이는 일반적인 초대질량 블랙홀이 아닙니다. 그들은 예상보다 훨씬 더 많은 자외선 광자를 생성하며 다른 장비로 연구된 유사한 물체에는 뜨거운 먼지 및 밝은 X선 방출과 같은 초대질량 블랙홀의 특징이 부족합니다. 그러나 아마도 가장 놀라운 것은 그것이 얼마나 큰지라고 연구원들은 말했습니다.

Lyja는 “초거대 블랙홀은 일반적으로 은하와 관련이 있습니다. 그들은 함께 성장하고 모든 주요 삶의 경험을 함께 겪습니다. 그러나 여기에서는 아기 은하여야 할 곳에서 완전히 자란 성인 블랙홀이 살고 있습니다.”라고 말했습니다. 정말 말이 안 돼요. 왜냐하면 “함께 성장해야 해요. 아니면 적어도 우리는 그렇게 생각했거든요.”

연구원들은 또한 직경이 수백 광년에 불과하고 우리 은하계보다 거의 천 배 더 작은 이 시스템의 크기가 극도로 작다는 사실에 당황했습니다. 이 시스템에 있는 별의 수는 우리 은하계에 있는 별의 수와 거의 같습니다. 이 시스템에 있는 별의 수는 100억에서 1조에 달합니다. 하지만 부피는 약 1000배 더 작습니다. 은하계보다.

Leija는 우리 은하수를 발견한 은하의 크기로 압축하면 가장 가까운 별은 대략 우리 태양계에 위치할 것이라고 설명했습니다. 약 26,000광년 떨어져 있는 우리은하 중심의 초대질량 블랙홀은 지구에서 약 26광년 떨어져 있으며, 하늘에는 거대한 빛기둥으로 보일 것이다. .

“이 초기 은하계는 별들로 가득 차 있었습니다. 별들은 우리가 결코 볼 수 없을 것으로 예상했던 기간 동안 우리가 전혀 예상하지 못한 조건에서 이전에 본 적이 없는 방식으로 형성되었을 것입니다.”라고 Lyja는 말했습니다. 어떤 이유에서인지 우주는 불과 수십억 년이 지나서 이와 같은 것을 만드는 것을 멈췄습니다. “이것은 초기 우주에서는 독특합니다.”

연구자들은 더 많은 관찰을 통해 물체의 신비를 설명하는 데 도움이 될 수 있기를 희망합니다. 그들은 오랜 시간 동안 망원경을 물체에 조준하여 더 깊은 스펙트럼을 얻을 계획입니다. 이는 각각에 존재할 수 있는 특정 흡수 특성을 식별함으로써 별과 초거대 블랙홀의 방출을 풀는 데 도움이 될 것입니다.

“우리가 돌파구를 만들 수 있는 또 다른 방법이 있으며 이것이 올바른 생각입니다.”라고 Lega는 말했습니다. “우리는 이 모든 퍼즐 조각을 가지고 있으며 그 중 일부가 깨질 수 있다는 사실을 무시해야만 해결할 수 있습니다. 이 문제는 지금까지 우리와 동료들, 그리고 전체 과학계가 피해간 천재적인 노력으로 해결할 수 있습니다. 지역 사회.”

참고: “RUBIES: JWST/NIRSpec을 사용하여 식별된 대규모 후보 은하에서 확장된 형성 역사를 가진 성단이 z ∼ 7-8에서 진화했습니다.” by Bingjie Wang, 冰洁王, Joel Leja, Anna de Graaff, Gabriel B. Brammer, Andrea Weibel , Pieter van Dokkum, Josephine F. W. Baggen, Katherine A. Suess, Jenny E. Greene, Rachel Bezanson, Nikko J. Cleri, Michaela Hirschmann, Ivo Labbé, Jorryt Matthee, Ian McConachie, Rohan P. Naidu, Erica Nelson, Pascal A. Oesch, David J. Setton 및 Christina C. Williams, 2024년 6월 26일, 천체 물리학 저널 편지.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad55f7

Wang과 Lija는 NASA의 공공 관찰자 프로그램(Public Observers Program)으로부터 자금을 지원 받았습니다. 이 연구는 베른에 있는 국제우주과학연구소(International Space Science Institute)의 지원도 받았습니다. 이 작업은 부분적으로 NASA의 James Webb 우주 망원경, 유럽 우주국 및 캐나다 우주국을 사용하여 수행된 관측을 기반으로 합니다. 연구에 필요한 계산은 펜실베니아 주립대학교 컴퓨팅 및 데이터 과학 연구소의 Rohr 슈퍼컴퓨터에서 수행되었습니다.

이번 연구의 공동 저자로는 독일 막스 플랑크 천문학 연구소의 Anna de Graaf; Cosmic Dawn Center 및 Niels Bohr Institute의 Gabriel Brammer; 제네바 대학의 Andrea Fiebel과 Pascal Ochs; 제네바 대학의 Nico Cleary, Michaela Hirschmann, Peter van Dokkum 및 Rohan Naidu. 예일대 학교; 스탠포드 대학교의 Ivo Lappé; 조리트 마티(Jorrit Mathie)와 제니 그린(Jenny Green) 프린스턴 대학교피츠버그 대학의 Ian McConachie와 Rachel Bezanson; 텍사스 A&M 대학교의 Josephine Baggin; 스위스 Soverny Observatory의 Catherine Suss; MIT Kavli 천체 물리학 및 우주 연구 연구소의 David Seaton; 콜로라도 대학교의 Erica Nelson; 미국 국립과학재단 산하 국립적외선광천문학연구소와 애리조나 대학교의 크리스티나 윌리엄스(Christina Williams).