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천문우주과학소식

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알마 망원경이 처음으로 초기 우주에서 은하 형성 목격

  • 작성자 : KASI
  • 작성일 : 2015-08-04
  • 조회수 : 1840
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알마 망원경은 지금까지 관측된 「보통의 은하」 중에서 가장 먼 은하 중에, 별의 재료가 되는 가스의 덩어리를 검출했다. 새로운 관측에 의해 연구자들은 최초의 은하가 어떻게 해서 만들어져, 재 전리(이온화)기에 어떻게 해서 우주의 안개를 깨끗하게 하는 수수께끼를 풀기 시작할 수 있다. 이것은 우주 초기의 「보통의 은하」가 단순한 희미한 점 이상의 것으로서 관측된 최초의 예이다.

빅뱅에서 수억 년 후에 최초의 은하가 형성되기 시작했을 때, 우주는 수소 가스의 안개로 가득해 있었다. 하지만, 밝게 빛나는 별들과 거대 블랙홀을 에너지원으로 하는 퀘이사가 늘어나면서 그것들로부터 발산되는 빛에 의해 우주의 안개는 일소되고, 자외선이 멀리까지 도달하는 투명한 우주로 변모해 갔다 (주 1 ). 연구자는 이것을 「우주의 재 전리(이온화) 시대」라고 하지만, 전리의 원인이 된 최초의 은하에 대해 아는 것이 거의 없고, 지금까지 그것들은 단지 희미한 「얼룩」으로 밖에 촬영되고 있지 않았다. 그러나 지금, 알마 망원경의 힘을 활용한 새로운 관측이 상황을 뒤집고 있다.

로베르토 마이오리노 씨 (영국 캠브리지 대학 카벤디쉬 연구소 · 카브리 우주론 연구소)가 이끄는 연구자 팀은 빅뱅에서 불과 약 8억년 무렵의 은하 (주 2)에 알마 망원경을 향했다. 연구자는 이미 형성된 별의 빛이 아니라, 별이 형성되고 있는 도중의 가스 구름에 포함된 전리(이온화) 탄소 (주 3)의 희미한 빛을 찾고 있었다. 그들은 젊은 세대의 별과 지금부터 모여서 최초의 은하로 성장하는 차가운 가스와의 관계에 대해 연구하고 싶었다.

그들은 또한, 지금까지 잘 관측되어온 퀘이사와 활발한 별 형성이 일어나고 있는 은하 등 매우 밝지만 적은 수의 천체도 찾고 있지 않았다. 오히려, 눈에 띄지 않는 계속 일반적인 은하야말로 그들은 주목하고 있었다. 이러한 보통의 은하야말로 우주 재 전리(이온화)의 원인이며, 지금 현재 우리 주위에 많이 존재하는 은하의 토대가 된 것이다.

BDF3299라고 명명된 은하에서 알마 망원경은 희미한, 그러나 확실한 탄소 원자에서의 전파를 포착했다. 그러나, 이 빛은 은하 중심이 아니라 한쪽에서 발생되고 있었다.

논문의 공동 저자 안드레아 훼레라 씨 (이탈리아 피사 고등 사범 학교)는 새로운 발견의 중요성을 다음과 같이 설명한다. "이것은, 소위 보통의 은하에서의 방사로는, 빅뱅에서 10억 년 이내라고 하는 지금까지 가장 멀리 전파를 검출한 예이다. 이것은 우리에게 최초의 은하가 형성되는 과정을 보는 찬스를 제공해 주었다. 이번 관측에서 우리는 최초의 은하를 단순한 작은 점이 아니라, 안에 구조를 가진 천체로서 처음으로 볼 수 있었던 것이다!"

탄소 방사가 은하의 중심에서 벗어나 있던 이유에 대해, 중심의 구름은 파괴되고 있는 것은 아닐까하고 연구자는 생각하고 있다. 탄소 방사는, 은하간 공간에서 쏟아지는 신선한 차가운 가스의 존재를 나타낸다. 한편, 은하의 중심부는 새로운 별에서의 강렬한 방사와 초신성 폭발 모두의 영향으로 매우 열악한 환경이 만들어져 이것에 따라 가스의 파괴가 일어나고 있는 것이다.

알마 망원경에 의한 새로운 관측과 컴퓨터 시뮬레이션을 조합하여, 최초의 은하 내부에서 일어나고 있는 중요한 프로세스(과정)을 상세하게 이해할 수 있다. 예를 들어, 별에서 방사에 의한 영향, 분자 구름의 생존 방법, 가스를 전리(이온화)시키는 강렬한 방사의 전파, 그리고 성간 물질의 복잡한 구조 등은 계산에 의한 예측과 관측 결과를 비교할 수 있는 것이다 . BDF3299는 재 전리(이온화)를 일으키는 전형적인 은하와 같다.

"우리는 성간 매질과 재 전리의 원인 천체에 대해 몇 년이라도 이해하려고 해 왔다. 마침내 알마로부터의 실제 데이터를 기반으로 예측과 가설을 검증할 수 있게 된 것은 흥분할 사건이며, 또한 그것은 새로운 의문의 시작이었다. 이런 종류의 관측은 우주 초기의 별과 은하의 형성에 대해 우리가 품어 왔던 많은 곤란한 문제를 밝히는 것"이라고 안드레아 훼레라 씨는 말한다.

로베르토 마이오리노 씨는 다음과 같이 결론지었다. "이 연구는 알마 없이는 불가능했습니다. 다른 망원경으로는 이 감도와 공간 분해능을 달성할 수 없기 때문입니다. 이것은 지금까지의 알마에 의한 관측 중에서도 가장 고감도 관측의 하나이지만, 알마의 최고 능력을 생각하면 아직도 시작입니다. 미래에 알마는 초기 은하의 구조를 선명하게 포착, 틀림없이 최초의 은하가 형성하는 모습을 세부적으로 그려내겠지요."​

 


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