뉴 제임스 웹 망원경 사진에서 45,000개의 은하가 반짝인다

"천문학의 가장 근본적인 질문 중 하나는 최초의 별과 은하가 어떻게 형성되었는가입니다." NASA는 씁니다. 제임스 웹 우주 망원경은 우주에 머문 지 오래되지 않았지만 이미 이 기념비적인 질문에 대한 중요한 통찰력을 제공하고 있습니다.

Webb의 가장 중요한 과학 프로그램 중 하나인 JWST Advanced Deep Extragalactic Survey(JADES)의 일부로 캡처된 새로운 이미지는 시각적으로 놀랍을 뿐만 아니라 우주의 역사, 특히 우주 초기를 이해하려는 과학자들에게 매우 중요합니다.

JADES의 일환으로 Webb은 매우 희미하고 먼 은하를 포착하고 분석하는 데 한 달 남짓의 귀중한 망원경 시간을 할애할 것입니다. 관찰 중 일부는 이미 발생했으며 데이터는 이러한 초기 이미지에서 계속해서 유입됩니다.

NASA는 "데이터가 계속 들어오는 동안 JADES는 이미 우주의 나이가 6억년 미만일 때 존재했던 수백 개의 은하계를 발견했습니다. 또한 팀은 수많은 젊고 뜨거운 별들로 반짝이는 은하계도 식별했습니다"라고 설명합니다.

GOODS-South 지역은 허블 우주 망원경으로 이미지를 촬영했는데, 이는 Webb이 얼마나 더 자세한 정보를 제공하는지를 이해하는 데 도움이 됩니다.

"JADES를 통해 우리는 다음과 같은 많은 질문에 답하고 싶습니다. 최초의 은하계는 어떻게 모여들었나요? 얼마나 빨리 별을 형성했나요? 일부 은하계는 왜 별 형성을 멈추나요?" JADES 프로그램의 공동 리더이자 투산 소재 애리조나 대학교의 Marcia Rieke는 말합니다.

텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 라이언 엔드슬리(Ryan Endsley)는 빅뱅 이후 불과 5억~8억 5천만년 동안 존재했던 은하계에 대한 조사를 주도했습니다. 재이온화 시대(Epoch of Reionization)로 알려진 이 시기는 여전히 미스터리로 남아있습니다.

NASA는 재이온화에 대해 다음과 같이 설명합니다. "빅뱅 이후 수억 년 동안 우주는 에너지 빛을 불투명하게 만드는 가스 안개로 가득 차 있었습니다. 빅뱅 이후 10억년이 지나면 안개가 걷히고 우주가 사라졌습니다. 재이온화라고 알려진 과정이 투명해졌습니다."

일부 과학자들은 초대질량 블랙홀이 같은 이름의 재이온화를 일으켰다고 믿고 있으며, 다른 과학자들은 극도로 뜨겁게 타는 젊은 별들로 가득 찬 은하가 재이온화의 원동력이었다고 믿습니다.

JADES의 일환으로 Endsley와 그의 동료들은 Webb의 NIRSpec(Near-Infrared Spectrograph) 장비를 사용하여 매우 중요한 먼 오래된 은하계를 연구해 왔습니다. 팀은 별 형성의 증거를 찾고 싶었고 실제로 그렇게 됐습니다.

"우리가 발견한 거의 모든 은하들은 최근 강렬한 별 형성을 나타내는 비정상적으로 강한 방출선 신호를 보여줍니다. 이 초기 은하들은 뜨겁고 무거운 별을 만드는 데 매우 능숙했습니다."라고 Endsley는 말합니다.

밝고 무거운 별들은 차례로 자외선의 급류를 우주로 발사했고, 이로 인해 주변 가스의 성질이 불투명에서 투명으로 바뀌었습니다. 이는 핵에서 전자를 제거하는 과정인 이온화를 통해 달성되었습니다.

초기 은하계에는 뜨겁고 무거운 별이 너무 많았기 때문에 과학계 내에서 뜨거운 논쟁이 벌어지고 있는 재이온화 과정의 주요 촉매제였을 수도 있습니다.

"Endsley와 그의 동료들은 또한 이 젊은 은하가 더 적은 수의 별이 형성되는 조용한 기간과 빠른 별 형성 기간을 겪었다는 증거를 발견했습니다. 이러한 적합성과 시작은 은하가 별을 형성하는 데 필요한 가스 원자 물질 덩어리를 포착함에 따라 발생했을 수 있습니다. 또는, 거대한 별은 빠르게 폭발하기 때문에 주기적으로 주변 환경에 에너지를 주입하여 가스가 응축되어 새로운 별을 형성하는 것을 방지했을 수 있습니다."라고 NASA는 썼습니다.

JADES의 또 다른 큰 구성 요소는 매우 초기 은하를 검색하는 것입니다. 이 맥락에서는 빅뱅 이후 4억 년 이내에 존재한 은하입니다.

"이 은하계를 연구함으로써 천문학자들은 빅뱅 이후 초기에 별 형성이 현재에 보이는 것과 어떻게 다른지 탐구할 수 있습니다. 멀리 있는 은하계의 빛은 우주의 팽창으로 인해 더 긴 파장과 더 붉은 색으로 늘어납니다. 은하의 적색편이를 측정함으로써 천문학자들은 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 따라서 은하가 초기 우주에 존재했던 시기를 알 수 있다고 NASA는 설명합니다.