JWST, 우주에서 놀랍게도 일찍 태어난 은하계 쌍둥이 발견

극도로 희미하고 먼 빛을 감지할 수 있는 NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 이 발견을 가능하게 했습니다. 강력한 적외선 비전을 통해 연구원 Rashi Jain과 Yogesh Wadadekar는 우주 나이가 대략 현재 나이의 10분의 1일 때 형성되었음에도 불구하고 은하수와 매우 유사한 시스템을 관찰했습니다. 그들은 은하수를 만다키니(Mandakini)와 함께 강가(Ganga)의 쌍둥이 상류 중 하나인 히말라야 강에서 영감을 받아 은하수 이름을 알라크난다(Alaknanda)라고 명명했습니다. 이 이름은 은하수를 뜻하는 힌디어 단어이기도 합니다.

이번 연구는 인도 푸네에 위치한 타타 기초연구연구소(NCRA-TIFR) 산하 국립전파천체물리센터에서 수행됐으며 그 결과는 유럽 저널에 게재됐다. 천문학 및 천체 물리학.

이 은하가 그렇게 일찍 존재해서는 안 되는 이유

천문학자들은 일반적으로 초기 은하가 구조화되고 안정적이기보다는 혼란스럽고 불규칙하게 보일 것으로 예상합니다. 두 개의 모양이 좋은 나선팔(‘대설계’ 나선은하로 알려짐)을 가진 고전적인 나선은하는 완전히 발달하려면 수십억 년이 걸릴 것으로 생각됩니다. 그러한 은하를 형성하려면 느리고 꾸준한 가스 강착, 해당 가스가 회전하는 원반에 침전되고 나선형 팔을 형성하는 밀도파의 출현이 필요합니다. 또한 시스템은 섬세한 구조를 방해하거나 파괴할 수 있는 주요 충돌을 피해야 합니다.

Alaknanda는 이 패턴에 전혀 맞지 않습니다. 그것은 이미 약 30,000 광년에 걸쳐 뻗어 있는 밝은 중앙 돌출부를 둘러싸고 있는 눈에 띄게 휘날리는 두 개의 팔을 보여줍니다. 또한 매년 약 60개의 태양에 해당하는 질량을 생성하는 놀라운 속도로 별을 형성하고 있습니다. 그 속도는 오늘날 은하수보다 약 20배 빠릅니다. 알라크난다의 별 중 대략 절반은 불과 2억년 이내에 형성된 것으로 보이며, 이는 우주 시간 규모로 볼 때 매우 빠른 속도입니다.

“Alaknanda는 우리가 수십억 년 더 오래된 은하와 연관되는 구조적 성숙도를 가지고 있습니다”라고 Rashi Jain은 말합니다. “이 시대에 이렇게 잘 조직된 나선 원반을 발견한 것은 은하 형성을 주도하는 물리적 과정(가스 강착, 원반 정착 및 나선형 밀도파의 발달)이 현재 모델이 예측하는 것보다 훨씬 더 효율적으로 작동할 수 있음을 말해줍니다. 이는 우리가 이론적 틀을 다시 생각하게 만들고 있습니다.”

중력 렌즈가 Alaknanda를 밝히는 데 어떻게 도움이 되었습니까?

Alaknanda는 Abell 2744 또는 Pandora’s Cluster로 알려진 거대한 은하단 방향으로 나타납니다. 성단의 중력은 그 뒤에 있는 은하계의 빛을 휘게 하고 증폭시킵니다. 이 효과를 중력 렌즈라고 합니다. 이러한 자연 확대로 인해 Alaknanda는 약 두 배 더 밝게 나타나 JWST는 나선형 구조를 더 명확하게 볼 수 있습니다.

은하계를 깊이 연구하기 위해 Jain과 Wadadekar는 각각 별도의 빛 조각을 포착하는 최대 21개의 서로 다른 필터를 통해 촬영한 JWST 이미지를 조사했습니다. JWST의 UNCOVER 및 MegaScience 조사의 일부인 이러한 관찰을 통해 연구원들은 은하의 거리, 포함된 먼지의 양, 형성된 별의 수, 시간이 지남에 따라 별 형성 속도가 어떻게 변했는지를 매우 정확하게 확인할 수 있었습니다.

예상보다 빠르게 성장한 우주

JWST는 이미 먼 거리에 있는 놀라울 정도로 성숙한 원반 은하 몇 개를 공개했지만, Alaknanda는 고전적인 그랜드 디자인 나선(두 개의 잘 정의된 대칭 팔을 가진 은하)의 가장 명확한 초기 사례 중 하나로 돋보입니다. 그 존재는 초기 우주가 한때 과학자들이 생각했던 것보다 훨씬 더 발전했다는 증거를 점점 더 늘려주고 있습니다.

“Alaknanda는 초기 우주가 우리가 예상했던 것보다 훨씬 더 빠른 은하 집합이 가능했음을 보여줍니다”라고 Yogesh Wadadekar는 말합니다. “어쨌든 이 은하는 태양 질량 100억 개의 별을 모아서 불과 몇 억 년 만에 아름다운 나선 원반으로 조직했습니다. 이는 우주 기준으로 볼 때 엄청나게 빠른 속도이며 천문학자들은 은하가 어떻게 형성되는지 다시 생각하게 만듭니다.”

연구자들은 이제 무엇이 알라크난다의 나선형 팔을 만들었는지 이해하고 싶어합니다. 한 가지 아이디어는 차가운 가스의 꾸준한 유입으로 인해 밀도파가 자연스럽게 팔 모양을 형성할 수 있다는 것입니다. 또 다른 가능성은 작은 동반은하가 나선 패턴을 촉발할 만큼 가까이 지나갔다는 것이다. 그러나 그러한 조수나선은 일반적으로 빠르게 사라진다. JWST의 분광 장비나 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter Array)를 사용한 후속 관측을 통해 디스크가 원활하게 회전하는지(동적으로 “차가운”) 또는 난류의 징후(동적으로 “뜨거운”)를 나타내는지 여부를 밝혀 디스크 형성에 대한 단서를 제공할 수 있습니다.

이 발견이 우주 역사를 이해하는 데 의미하는 것

Alaknanda는 먼 과거의 인상적인 이미지 그 이상입니다. 그 존재로 인해 천문학자들은 별, 은하, 그리고 궁극적으로 지구와 같은 행성이 어떻게 탄생했는지를 포함하여 우주 진화의 타임라인을 재평가하게 됩니다. 은하계가 이렇게 빠르게 조직화될 수 있다면 초기 우주는 이전에 가정했던 것보다 훨씬 더 활동적이고 생산적인 환경이었으며 잠재적으로 행성계가 예상보다 일찍 나타날 수 있었습니다.

JWST가 계속해서 공간과 시간 속으로 더 깊이 들어가면서 Alaknanda와 같은 은하계가 더 많이 발견될 가능성이 높으며, 각 은하계는 초기 우주가 복잡한 구조를 얼마나 빠르게 구축했는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

알라크난다의 존재는 젊은 우주가 과학자들이 믿었던 것보다 훨씬 더 일찍 안정적이고 원반 지배적인 시스템을 형성할 수 있었으며 지금까지 확인된 가장 먼 거대 설계 나선 은하 중 하나가 되었다는 사례를 강화합니다.