EGS-zs8-1 : 가장 멀리 떨어진 은하의 기록 경신

 

Credit: NASA, ESA, P. Oesch and I. Momcheva (Yale University), and the 3D-HST and HUDF09/XDF Teams

 

사진 1> 이 사진은 분광학적으로 가장 멀리 떨어진 은하로 확정된 은하를 촬영한 허블우주망원경의 사진이다.

이 은하가 최초로 식별된 것은 CANDEL 서베이로 조사된 허블우주망원경의 사진에서였다.(CANDEL : 근적외선을 이용한 깊은 우주 외계은하의 조합탐사- the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey)

NASA의 스피처우주망원경 역시 이 독특한 은하를 관측하였다.

W.M.켁 천문대의 관측 결과 획득한 이 은하의 적색편이는 7.7로서 이는 이전에 적색편이 기록을 경신하는 수치였다.

빛이 늘어지는 정도를 측정하는 적색편이는 다른 은하의 거리를 측정하는 가장 신뢰도 높은 방법이다.

따라서 이 은하는 현재로서는 가장 멀리 떨어진 은하가 된다.
또한 이 은하는 당시에 존재하는 은하로서는 가장 밝고 가장 무거운 질량을 가진 은하중 하나이기도 한다.

이 은하는 130억년 전에 이미 존재하고 있었다.

네모 상자에 보이는, 근적외선으로 촬영된 이 은하의 파란색은 이 은하에 갓태어난 푸른색의 별들이 가득 들어차있음을 암시해주고 있다.

CANDELS 서베이에 의한 관측 데이터는 가시광선과 근적외선을 이용한 관측 데이터를 합성한 것이다.

 

 

EGS-zs8-1 : 가장 멀리 떨어진 은하의 기록 경신

 

예일대학과 캘리포니아대학의 과학자들이 이끄는 국제 천문연구팀이 가장 멀리 떨어진 은하의 관측 한계를 138억 살인 우주 나이의 5%에 대응되는 지점까지 확장시켰다.

연구팀이 발견한 은하는 130억 광년 지점에서 대단히 밝은 빛을 뿜어내는 은하로서 이 은하까지의 정확한 거리는 허블우주망원경과 스피처우주망원경, 하와이 W.M.켁 천문대의 켁I 10미터 망원경의 관측 데이터를 조합하여 결정되었다.

이 은하는 가장 멀리 떨어진 은하로 측정됨으로써 가장 멀리 떨어진 은하의 새로운 기록을 수립하였다.

 

너무나도 멀리 떨어져 있는 이 은하의 나이는 고작 1억살밖에 되지 않은 모습으로 보인다.

EGS-zs8-1 이라는 이름의 이 은하는 허블 및 스피처우주망원경의 사진에서 특별한 색채를 지닌 은하로 눈길을 끌었던 은하이며 초기 우주를 구성하는 가장 밝고 무거운 은하들 중 하나였던 은하이다.

 

이번 논문의 주저자인 예일대학 파스칼 외슈( Pascal Oesch)의 설명은 다음과 같다.
"이 은하는 이미 미리내 질량 대비  15% 이상의 규모까지 성장을 했습니다.
 그러나 이 은하가 여기까지 성장하는데 걸린 우주의 시간은 6억 7천만년 정도밖에 되지 않죠.
 우주도 여전히 매우 어린 상황이었습니다."
 
새로운 거리 측정은 천문학자들로 하여금 EGS-zs8-1에서 진행중인 별의 생성 비율도 측정할 수 있게 해 주었다.
이 은하의 별 생성 비율은 현재 매년 한 개의 별을 생성해내는 미리내보다 80배다 더 빠른 상태였다.  

 

현재 거리가 정확하게 측정된 초기 우주의 은하는 몇개 되지 않는다.

 

이번 논문의 제2저자인 피터 반 도쿰( Pieter van Dokkum)의 설명은 다음과 같다.
"모든 관측의 확정치는 초기 우주에서 첫세대의 은하가 어떻게 형성되었는지에 대한 수수께끼에 또 하나의 퍼즐 조각을 덧붙여주고 있는 상황입니다. 이렇게 엄청난 거리까지 측정이 가능할만큼 강력한 기능을 가진 망원경은 가장 고감도 성능을 가진 몇 안되는 망원경 뿐입니다."

이번 발견은 켁I 망원경에 장착된 분광장비인 적외선탐사를 위한 다중 분광기(Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration, MOSFIRE)에 의해 가능했다.
이 장비는 천문학자들로 하여금 여러개의 은하를 동시에 효율적으로 연구할 수 있도록 해 주는 장비이다.

 

극단적인 거리까지 떨어져 있는 은하들의 측정과 그 속성의 규명은 향후 천문학자들의 주요 과제가 될 것이다.

 

EGS-zs8-1이 관측되던 당시의 우주는 매우 중대한 변화를 맞고 있었다.
은하간 공간에 있는 수소원자가 불투명한 상태에서 투명한 상태로 변화하고 있었던 것이다.

 

이번 논문의 공동저자인 네델란드 라이덴 천문대의 리차드 부벤스(Rychard Bouwens)는 EGS-zs8-1 과 같은 초기 은하의 갓태어난 별들이 이른바 '재이온화'라 불리는 이러한 변이 작업의 주된 추동기재였을 것이라고 설명했다.

 

이번 허블과 스피처, 켁 천문대가 함께한 작업은 갓태어난 우주의 본성을 들여다볼 수 있는 새로운 기회를 제공해주었다.

 

이번 관측 결과 우주역시의 초기에도 이미 무거운 질량의 은하가 존재하고 있었으며, 이 은하의 물리적 속성은 오늘날 우리가 보는 은하들의 속성과는 판이하게 다르다는 사실이 확정되었다.

천문학자들은 스피처우주망원경의 사진상에 보이는 초기 우주의 독특한 색채가 은하 내의 원시가스들과 상호작용을 계속하고 있는 무거운 별의 대단히 빠른 생성 때문에 발생한다는 강력한 증거를 갖게 되었다.

 

또한 이번 관측은 2018년 발사하게 될 NASA 제임스 웹 우주망원경의 관측에 또 하나의 기대가 되기도 한다.

제임스웹우주망원경은 관측 한계를 좀더 확장시킬 뿐 아니라 스피처 우주망원경이 바라본 EGS-zs8-1 은하의 적외선 빛을 더더욱 세부적으로 분해하여 이 은하의 가스 속성에 대해 훨씬 더 자세한 통찰을 가능하게 해 줄 것이다.

 

캘리포니아 대학의 가스 일링워스(Garth Illingworth)의 설명은 다음과 같다.
"이번에 진행된 관측은 향후 제임스웹우주망원경을 이용하여 매우 멀리 떨어진 은하의 정확한 거리 측정이 쉽게 이루어질 것임을 말해주고 있습니다. 제임스웹우주망원경은 우주의 여명시대에 형성된 은하들에 대해 훨씬 완벽한 사진들을 제공해주게 될 것입니다."

 

연구팀의 연구 결과는 5월 5일 아스트로피지컬 저널 온라인판에 개재되었다.

 

Credit: NASA, ESA, P. Oesch and I. Momcheva (Yale University), and the 3D-HST and HUDF09/XDF Teams

 

사진2> EGS-zs8-1 은하가 최초로 식별된 CANDELS 사진

 

 

Credit: NASA, ESA, P. Oesch and I. Momcheva (Yale University), and the 3D-HST and HUDF09/XDF Teams

 

사진 3> EGS-zs8-1

 

 

출처 : 허블사이트 2015년 5월 5일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2015/22/

 

참고 : EGS-zs8-1을 비롯한 각종 은하에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 수 있습니다.
       - 은하 일반 :  https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하그룹 :  https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 :  https://big-crunch.tistory.com/12346977 

참고 : 가장 멀리 떨어진 은하 랭킹
          https://big-crunch.tistory.com/12347928

 

원문>

News Release Number: STScI-2015-22

Astronomers Set a New Galaxy Distance Record

An international team of astronomers, led by Yale University and University of California scientists, has pushed back the cosmic frontier of galaxy exploration to a time when the universe was only 5 percent of its present age of 13.8 billion years. The team discovered an exceptionally luminous galaxy more than 13 billion years in the past and determined its exact distance from Earth using the combined data from NASA's Hubble and Spitzer space telescopes, and the Keck I 10-meter telescope at the W. M. Keck Observatory in Hawaii. These observations confirmed it to be the most distant galaxy currently measured, setting a new record. The galaxy existed so long ago, it appears to be only 100 million years old.

The galaxy, EGS-zs8-1, was originally identified based on its particular colors in images from Hubble and Spitzer and is one of the brightest and most massive objects in the early universe. "It has already grown more than 15 percent of the mass of our own Milky Way today," said Pascal Oesch, lead author of the study from Yale University, New Haven, Connecticut. "But it had only 670 million years to do so. The universe was still very young then." The new distance measurement also enabled the astronomers to determine that EGS-zs8-1 was still forming stars very rapidly, about 80 times faster than our Milky Way galaxy today (which has a star-formation rate of one star per year.)

Only a handful of galaxies currently have accurate distances measured in this very early universe. "Every confirmation adds another piece to the puzzle of how the first generations of galaxies formed in the early universe," said Pieter van Dokkum of Yale, second author of the study. only the most sensitive telescopes are powerful enough to reach to these large distances." The discovery was only possible thanks to the relatively new Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE) instrument on the Keck I telescope, which allows astronomers to efficiently study several galaxies at the same time.

Measuring galaxies at these extreme distances and characterizing their properties is a main goal of astronomers over the next decade. The observations see EGS-zs8-1 at a time when the universe was undergoing very important changes: the hydrogen between galaxies was transitioning from an opaque to a transparent state. "It appears that the young stars in the early galaxies like EGS-zs8-1 were the main drivers for this transition, called reionization," said study co-author, Rychard Bouwens of the Leiden Observatory, Leiden, Netherlands.

These new Hubble, Spitzer, and Keck observations together give a new glimpse into the nature of the infant universe. They confirm that massive galaxies already existed early in the history of the universe, but that their physical properties were very different from galaxies seen around us today. Astronomers now have very strong evidence that the peculiar colors of early galaxies seen in the Spitzer images originate from a very rapid formation of massive, young stars, which interacted with the primordial gas in these galaxies.

The new observations underline the very exciting discoveries that NASA's James Webb Space Telescope will enable when it is launched in 2018. In addition to pushing the cosmic frontier to even earlier cosmic times, the Webb telescope will be able to dissect the infrared galaxy light of EGS-zs8-1 seen with the Spitzer Space Telescope and will provide astronomers with much more detailed insights into its gas properties. "Our current observations indicate that it will be very easy to measure accurate distances to these distant galaxies in the future with the James Webb Space Telescope," said Garth Illingworth of the University of California, Santa Cruz. "The result of Webb's upcoming measurements will provide a much more complete picture of the formation of galaxies at the cosmic dawn." The team’s results will appear May 5 in the online edition of The Astrophysical Journal Letters.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
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villard@stsci.edu

Felicia Chou
NASA Headquarters, Washington, DC
202-358-0257
felicia.chou@nasa.gov