우주의 암흑시대에 있었던 태초의 은하를 발견하다.

 

사진 1> 왼쪽의 큰 사진에는, 수많은 은하들이 몰려있는 MACS J1149+2223 라고 불리는 거대 질량의 은하단의 모습이 나타나 있다. 

거대 은하단의 중력 렌즈 효과는 MACS1149-JD 로 명명된 새로 발견된 은하의 빛을 약 15배 정도 밝게 만들어주면서 이 은하를 우리 눈에 보일 수 있도록 해 주었다.

우측 상단에 MACS1149-JD 의 확대 모습이 좀더 상세하게 보이고, 이를 더 당겨낸 모습이 그 하단에 나타나 있다.

허블 우주망원경이 촬영한 가시광선과 자외선으로 표현된 MACS1149- JD 의 모습은 희미한 붉은 색의 얼룩인 듯 보인다. 

이 작은 은하의 별빛은 우주 자체의 팽창에 의해 발생하는 "적색편이"에 의해 더 긴 파장으로 펼쳐져 있다.

MACS1149-JD 의 별들은 비록 여기서는 적외선 빛으로 보이지만 원래는 자외선과 같은 훨씬 짧은 파장의 고에너지 파장을 복사하고 있다. 

이토록 멀리에 위치하는 은하가 존재했던 시기는 우리 우주가 암흑의 시대라고 불리는 때로부터 은하들이 가득 들어찬 은하로 변화해가는 매우 중요한 시기이다.

이 희미하고 작은 은하의 발견은 우주의 역사에서 있어서 이처럼 초기의, 멀리 떨어진 시기를 연구하는 문을 열어젖힌 것으로 평가된다.

 

News release from NASA:

우주의 돋보기 효과와 NASA의 스피처 우주망원경과 허블 우주망원경이 협업하여 발휘한 능력으로
천문학자들은 지금까지 발견된 것보다 훨씬 멀리에 있는 가장 먼 은하를 발견할 수 있었다.

 

지구궤도를 선회하고 있는 천체망원경들이 감지해낸 이 어린 은하의 빛은 137억살에 달하는 우리 우주가 채 5억년도 되지 않았던 시기의 우주로부터 발생한 것이다.

이토록 멀리에 위치하는 은하가 존재했던 시기는 우리 우주가 이른바 암흑의 시대(Cosmic Dark Ages)라고 불리는 때로부터 변화를 시작하던 매우 중요한 시기이다.

이 기간동안 우주는 일체의 별도 존재하지 않는 암흑으로부터 은하들이 가득찬 식별가능한 우주로 팽창되어갔다. 

 

이번에 발견된 희미하고 작은 은하는 더 깊고 더 멀리떨어진 우주의 역사시대로 들어가는 창문을 열어젖힌 것이라 할 수 있다.

 

존스홉킨스 대학 천체물리학과의 수석연구원이자 네이처에 발표된 논문의 저자이기도 한 Wei Zheng은 이번 발견의 의미를 다음과 같이 얘기하고 있다.
"이 은하는 지금까지 발견된 모든 은하들 중 가장 멀리 떨어져 있는 은하라는 사실이 매우 높은 신뢰도로 지지되고 있습니다.
우리가 찾아내기를 희망하고 있는 다른 천체들뿐 아니라 이 은하까지 포함한 앞으로의 연구는 매우 이른 초기의 우주에서 암흑의 시대가 어떻게 종료되었는지를 알 수 있게 해 줄 것입니다." 

 

이 은하로부터 발생한 태초의 빛은  NASA의 우주망원경에 포착될때까지 거의 132억년의 시공간을 날아왔다.

다른 말로 표현하자면 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경에 의해 포착된 별들의 빛은 우주의 나이가 현재 우주의 3.6% 에 해당하는 나이일 때 자신의 은하를 떠나온 것이다.

기술적 용어로 얘기하자면 이 은하의 적색편이(또는 z,값)는 9.6이다.

적색편이라는 용어는 특정 천체로부터 발생한 빛이 우주 자체의 팽창으로 인해 훨씬 긴 파장으로 변이되는 현상을 말한다.

천문학자들은 우주의 거리를 표시할 때 적색편이를 사용한다.

 

이 정도 시기에 해당하는 은하들이라고 추측되었던 은하들에서 단색의 빛깔 또는 단일 주파수만이 관측되었던 이전의 연구와는 달리 이번에 발견된 은하에서는 다섯개의 서로다른 주파수가 관측되었다.

은하단의 중력렌즈효과와 초신성현상을 관측하는 허블 프로그램의 한 부분에서 허블 우주망원경에 입력되고 새롭게 표현된, 대단히 멀리 떨어져 있는 이 은하로부터 식별된 대역은 가시광선과 적외선 대역에서 총 4개였다.

스피처 우주망원경이 5번째의 파장으로 관측한 기다란 적외선 파장은 이전에 지상에서 관측된 가장 긴 파장의 기록을 갈아치웠다.

 

이 정도의 극단적으로 멀리 떨어져 있는 천체들의 대부분은 오늘날 거대한 망원경의 민감도로도 탐지되지 않는다.

이처럼 우주 초기의, 상당히 멀리 떨어져 있는 은하의 빛을 잡아내기 위해 천문학자들은 중력렌즈 효과에 의존하고 있다.

1세기 전에 알버트 아인슈타인에 의해 예견되었던 이 현상은 뒤편에 존재하는 천체로부터 발생한 빛이 앞쪽에 존재하는 천체의 중력에 의해 휘어지고 확대되는 현상을 말한다.

거대한 은하를 가진 은하단이 우리 은하와 이번에 새로 발견된 은하의 사이에 위치하고 있으며 이 은하의 빛을 약 15배 더 밝게 만들어주면서 우리의 시야에 이 은하의 빛을 가져다 준것이다.

 

허블 우주망원경과 스피처 우주망원경의 관측 데이터를 근거로 천문학자들은 우리가 이 은하의 연령이 채 2억년도 되지 않은 상태의 모습을 보고 있는 것으로 추측하고 있다.

따라서 이 천체는 작고 조밀조밀하며 우리 은하 질량의 약 1퍼센트의 별들만을 가지고 있다.

선구적인 우주론에 따르면, 첫 세대의 은하들은 매우 작은 규모로 시작했을 것이다.

그리고나서 이 조그마한 은하들간의 합병이 진행되면서 결국 계속 그 체구가 누적되어 오늘날의 우주에서와 같은 거대한 은하들이 된 것이다.

 

이와같은 1세대 은하들은 우주의 암흑시대의 종말을 알리는 사건인 재이온화의 시기에 주인공으로서의 역할을 수행했을 것이다.

재이온화의 시기는 빅뱅이후 약 40만년이 지난 후, 원자들이 식어가면서 중성수소가스가 생성될 때 시작되었다.

처음으로 빛을 뿜어내기 시작한 별들과 이 별들의 주인인 은하들은 1억년 후 병합되기 시작했다.

이들 1세대 은하들로부터 방출된 에너지가 중성수소를 우주전역으로 날려버리고 이온화시키는 역할을 했고, 이때 이후로 가스가 남아있는 상태가 되었을 것으로 생각된다. 

 

이번 논문의 공동저자이자 캘리포니아 기술연구소, NASA 제트 추진 연구소의 과학자인 Leonidas Moustakas는 본질적으로 이 빛이 이 재이온화를 거치던 시기의 우주로부터 온 것이라고 말했다.

 

천문학자들은 첫 세대 별들과 은하의 출현 그리고 우주의 재이온화 시기에 대해 허블우주망원경과 스피처 우주만원경의 뒤를 이어 2018년 발사될 예정인  NASA의 제임스 웹 우주망원경으로 연구할 계획을 잡고 있다.

 

이번에 새로 발견된 원거리 은하와 같은 천체가 그 첫번째 조준 목표가 될 것이다.

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2012년 9월 19일 발표된 뉴스입니다.

 

원문>

사진 1>

ABOUT THIS IMAGE:

With the combined power of NASA's Spitzer and Hubble space telescopes, as well as a cosmic magnification effect, astronomers have spotted what could be the most distant galaxy ever seen. Light from the primordial galaxy traveled approximately 13.2 billion light-years before reaching NASA's telescopes, shining forth from the so-called cosmic dark ages when the universe was just 3.6 percent of its present age.

Astronomers relied on gravitational lensing to catch sight of the early, distant galaxy. In this phenomenon, predicted by Albert Einstein a century ago, the gravity of foreground objects warps and magnifies the light from background objects.

In the big image at left, the many galaxies of a massive cluster called MACS J1149+2223 dominate the scene. Gravitational lensing by the giant cluster brightened the light from the newfound galaxy, known as MACS1149-JD, some 15 times, bringing the remote object into view.

At upper right, a partial zoom-in shows MACS1149-JD in more detail, and a deeper zoom appears to the lower right. In these visible and infrared light images from Hubble, MACS1149- JD looks like a dim, red speck. The small galaxy's starlight has been stretched into longer wavelengths, or "redshifted," by the expansion of the universe. MACS1149-JD's stars originally emitted the infrared light seen here at much shorter, higher-energy wavelengths, such as ultraviolet.

The far-off galaxy existed within an important era when the universe transformed from a starless expanse during the dark ages to a recognizable cosmos full of galaxies. The discovery of the faint, small galaxy opens a window onto the deepest, remotest epochs of cosmic history.

Object Names: MACS J1149+2223, MACS1149-JD

Image Type: Astronomical/Annotated

 

Credit: NASA, ESA, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), and the CLASH Team

News release from NASA:

J.D. Harrington
Headquarters, Washington
202-358-5241
j.d.harrington@nasa.gov

Whitney Clavin
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-4673
whitney.clavin@jpl.nasa.gov

RELEASE: 12-326

NASA TELESCOPES SPY ULTRA-DISTANT GALAXY

WASHINGTON — With the combined power of NASA's Spitzer and Hubble space telescopes, as well as a cosmic magnification effect, astronomers have spotted what could be the most distant galaxy ever seen. Light from the young galaxy captured by the orbiting observatories first shone when our 13.7-billion-year-old universe was just 500 million years old.

The far-off galaxy existed within an important era when the universe began to transit from the so-called cosmic dark ages. During this period, the universe went from a dark, starless expanse to a recognizable cosmos full of galaxies. The discovery of the faint, small galaxy opens a window onto the deepest, remotest epochs of cosmic history.

"This galaxy is the most distant object we have ever observed with high confidence," said Wei Zheng, a principal research scientist in the department of physics and astronomy at Johns Hopkins University in Baltimore and lead author of a new paper appearing in Nature. "Future work involving this galaxy, as well as others like it that we hope to find, will allow us to study the universe's earliest objects and how the dark ages ended."

Light from the primordial galaxy traveled approximately 13.2 billion light-years before reaching NASA's telescopes. In other words, the starlight snagged by Hubble and Spitzer left the galaxy when the universe was just 3.6 percent of its present age. Technically speaking, the galaxy has a redshift, or "z," of 9.6. The term redshift refers to how much an object's light has shifted into longer wavelengths as a result of the expansion of the universe. Astronomers use redshift to describe cosmic distances.

Unlike previous detections of galaxy candidates in this age range, which were only glimpsed in a single color, or waveband, this newfound galaxy has been seen in five different wavebands. As part of the Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble Program, the Hubble Space Telescope registered the newly described, far-flung galaxy in four visible and infrared wavelength bands. Spitzer measured it in a fifth, longer-wavelength infrared band, placing the discovery on firmer ground.

Objects at these extreme distances are mostly beyond the detection sensitivity of today's largest telescopes. To catch sight of these early, distant galaxies, astronomers rely on gravitational lensing. In this phenomenon, predicted by Albert Einstein a century ago, the gravity of foreground objects warps and magnifies the light from background objects. A massive galaxy cluster situated between our galaxy and the newfound galaxy magnified the newfound galaxy's light, brightening the remote object some 15 times and bringing it into view.

Based on the Hubble and Spitzer observations, astronomers think the distant galaxy was less than 200 million years old when it was viewed. It also is small and compact, containing only about 1 percent of the Milky Way's mass. According to leading cosmological theories, the first galaxies indeed should have started out tiny. They then progressively merged, eventually accumulating into the sizable galaxies of the more modern universe.

These first galaxies likely played the dominant role in the epoch of reionization, the event that signaled the demise of the universe's dark ages. This epoch began about 400,000 years after the Big Bang when neutral hydrogen gas formed from cooling particles. The first luminous stars and their host galaxies emerged a few hundred million years later. The energy released by these earliest galaxies is thought to have caused the neutral hydrogen strewn throughout the universe to ionize, or lose an electron, a state that the gas has remained in since that time.

"In essence, during the epoch of reionization, the lights came on in the universe," said paper co-author Leonidas Moustakas, a research scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory, a division of the California Institute of Technology in Pasadena, Calif.

Astronomers plan to study the rise of the first stars and galaxies and the epoch of reionization with the successor to both Hubble and Spitzer, NASA's James Webb Telescope, which is scheduled for launch in 2018. The newly described distant galaxy likely will be a prime target.

For more information about Spitzer, visit:

http://www.nasa.gov/spitzer

For more information about Hubble, visit:

http://www.nasa.gov/hubble