우주 초기의 가장 희미한 은하를 발견해내다.

 

Credit: NASA, ESA, and L. Infante (Pontificia Universidad Catolica de Chile)

 

사진 1> 허블우주빛통이 촬영한 이 사진은 MACS J0416.1-2403 이라는 이름의 은하단을 촬영한 것으로 이 은하단은 지구로부터 40억 광년 거리에 위치하고 있으며 그 질량은 태양 질량의 천조배에 달한다.

이 은하단이 형성하고 있는 거대한 중력장이 중력렌즈라는 현상을 통해 훨씬 멀리 떨어져 있는 은하의 모습을 확대해주고 있다.

네모 상자 속의 은하는 빅뱅 이후 4억년 시점에 존재하던 극단적으로 희미한 빛을 뿜어내는 은하이다.

허블우주빛통이 이 은하를 잡아낼 수 있었던 것은 중력렌즈 현상이 이 은하의 빛을 20 배 이상 밝게 만들어주었기 때문이다.

이 은하의 크기는 미리내의 위성은하인 대마젤란 은하에 비견될 만하다.
또한 이 은하는 대마젤란 은하보다 10배 정도의 빠른 비율로 새로운 별들을 만들어내고 있다.

이 천체는 진화의 최종 단계에 들어선 거대한 크기 은하의 중심 핵을 구성하는 천체로 성장했을지도 모른다.

연구팀은 이 천체에 티나(Tayna)라는 이름을 붙여주었다.
이 이름은 남아메리카 안데스 및 알티플라노 지역의 아이마라(Aymara) 족이 사용하는 언어에서 '맏이'를 의미한다.

 

천문학자들이 허블우주빛통과 스피처우주빛통을 이용하여 초기 우주에서 지금까지 목격된 천체 중 가장 희미한 천체를 발견했다.

이 천체는 138억년 전 빅뱅 이후 고작 4억년 밖에 지나지 않은 시점에 존재하는 천체이다.

 

연구팀은 이 천체에 티나(Tayna)라는 이름을 붙여주었다.
이 이름은 남아메리카 안데스 및 알티플라노 지역의 아이마라(Aymara) 족이 사용하는 언어에서 '맏이'를 의미한다.

허블 및 스피처 우주빛통은 지금까지 가장 멀리 떨어진 은하의 기록을 경신하는 은하들을 발견해왔다.
그러나 이번에 발견된 천체는 그간의 탐사에서는 발견되지 않았던 갓 태어난 작고 희미한 은하의 모습을 보여주고 있다.

이처럼 매우 희미한 천체야말로 초기 우주에 존재하는 천체의 전형일지도 모르며 따라서 첫 세대 은하들의 형성과 진화에 대한 새로운 통찰을 제공해 줄지도 모른다.

 

 

Credit: NASA, ESA, and L. Infante (Pontificia Universidad Catolica de Chile)

 

                                               사진 2>  티나(Tayna)

 

이번 논문의 주저자인 칠레 카톨릭 대학의 천문학자 레오폴도 인판테(Leopoldo Infante)의 소감은 다음과 같다.
"이처럼 희미한 은하를 탐지해낼 수 있었다는 사실에 정말 감사하고 있습니다.
 이로서 저희 연구팀은 빅뱅이 있고나서 얼마되지 않은 시점에 존재하는 극단적으로 희미한 이 천체의 속성을 처음으로 연구할 수 있었습니다."

 

이 천체는 관측가능한 우주의 한계선에 바짝 붙어있는 22개 어린 은하 중 하나이다.

이번 연구로 인해 멀리 떨어진 은하의 숫자가 현저하게 증가하였다. 

 

Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI/AURA)

 

사진 3> 이 두 장의 사진은 최소한 129억년 이전 시점에 존재한 여러 은하들의 배열 양상을 보여주고 있다.

원으로 표시된 것이 모두 우주 초기의 은하들이다.

이 사진들은 허블의 2개 과학 탐사 장비에 의해 지속적으로 촬영된 것이다.

왼쪽 사진은 허블 WFC3에 의해 근적외선으로 촬영된 것으로 MACS J0416.1-2403 이라는 거대 질량의 은하단을 촬영한 것으로 사진 중앙에 거대하고 밝은 은하들이 몰려 있는 모습을 볼 수 있다.

이 은하단의 거대한 중력장은 중력렌즈라 불리는 현상을 통해 훨씬 멀리 떨어진 은하의 빛을 확대하여 더 밝게 만든다.

오른쪽 사진은 왼쪽 사진과 나란히 위치하고 있는 지역을 ACS의 가시광선으로 촬영한 것이다.

사진의 배경으로 보이는 수많은 은하들은 이 은하단에 속한 은하들은 아니다.

천문학자들은 허블우주빛통이 촬영한 이 관측자료를 스피처우주빛통이 촬영한 근적외선 데이터와 함께 연구하였으며 이로서 가장 붉게 나타나는 은하까지의 거리를 결정할 수 있었다.

머나먼 은하의 빛은 우주 팽창으로 인해 늘어나게 된다.

따라서 거리가 멀면 멀수록 은하는 더 붉은 빛을 띠게 된다.

이처럼 매우 희미한 천체야말로 초기 우주에 존재하는 천체의 전형일지도 모르며 따라서 첫 세대 은하들의 형성과 진화에 대한 새로운 통찰을 제공해 줄지도 모른다.

 

이번 연구논문은 2015년 12월 3일 발행된 아스트로피지컬 저널에 개재되었다.

이번에 발견된 은하는 미리내의 작은 위성 은하인 대마젤란 은하의 크기와 견주어볼 수 있는 크기를 가지고 있다.

 

이 은하는 대마젤란 은하보다 10배 정도 빠른 비율로 새로운 별들을 만들어내고 있다.

이 은하는 완전한 크기의 은하로 진화하여 그 중심핵을 구성하는 부분이 되었을지도 모른다.

 

이 작고 희미한 은하는 우주가 제공하는 천연 돋보기 작용 덕분에 관측할 수 있었다.

허블우주빛통은 플론티어 필드 프로그램의 일환으로 MACS J0416.1-2403 이라는 이름의 거대 은하단을 관측하였다.
이 은하단은 지구로부터 40억 광년 거리에 위치하고 있으며 그 질량은 태양의 수천조 배에 달한다.

이 거대한 은하단은 훨씬 멀리 떨어진 천체로부터 온 빛을 구부리고 확대시키는 천연 돋보기로서 작용한다.

마치 카메라의 돋보기 렌즈처럼 이 은하단의 중력은 머나먼 곳에 위치한 원시 은하의 빛을 원래 밝기보다 20배나 더 밝게 만들어준다.

이러한 현상은 중력렌즈 현상이라 부르며 이는 알버트 아인슈타인(Albert Einstein)이 일반상대성 이론을 통해 예견한 것이다.

 

이 원시 은하까지의 거리는 허블과 스피처의 관측 자료를 합성하여 도출된 색체 프로파일을 통해 추정되었다.

우주의 팽창은 멀리 떨어진 은하로부터 온 빛을 거리가 멀어질수록 더더욱 늘어지게 만든다.

이 때문에 원래 갓 태어난 별들의 색은 청백색이지만 그 빛이 적외선 파장까지 늘어나게 되는데 바로 이 늘어난 정도가 허블과 스피처 우주빛통에 의해 측정되는 것이다.

우주 공간을 가로막고 있는 차가운 수소들 역시 이 빛들을 흡수하여 더 붉게 보이게 만든다.

 

이번 발견은 향후 제임스웹 우주빛통에 의해 발견될 초기 우주의 은하들이 훨씬 더 많이 있을 것이라는 점을 의미한다.

천문학자들은 제임스웹 우주빛통에 의해 빅뱅 바로 직후에 태어난 은하들의 초기 단계를 볼 수 있게 될 것으로 기대하고 있다. 

 

 
출처 : 허블사이트 2015년 12월 3일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2015/45

 

참고 : 태초의 은하들을 포함한 각종 은하에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 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 : 허블 프론티어 필드(Hubble Frontier Fields)
           https://big-crunch.tistory.com/12346870
           https://big-crunch.tistory.com/12347024 

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

 

원문>

News Release Number: STScI-2015-45

NASA Space Telescopes See Magnified Image of the Faintest Galaxy from the Early Universe

Astronomers harnessing the combined power of NASA's Hubble and Spitzer space telescopes have found the faintest object ever seen in the early universe. It existed about 400 million years after the big bang, 13.8 billion years ago.

The team has nicknamed the object Tayna, which means "first-born" in Aymara, a language spoken in the Andes and Altiplano regions of South America.

Though Hubble and Spitzer have detected other galaxies that are record-breakers for distance, this object represents a smaller, fainter class of newly forming galaxies that until now have largely evaded detection. These very dim objects may be more representative of the early universe, and offer new insight on the formation and evolution of the first galaxies.

"Thanks to this detection, the team has been able to study for the first time the properties of extremely faint objects formed not long after the big bang," said lead author Leopoldo Infante, an astronomer at Pontifical Catholic University of Chile (Pontificia Universidad Católica de Chile). The remote object is part of a discovery of 22 young galaxies at ancient times located nearly at the observable horizon of the universe. This research is a substantial increase in the number of known very distant galaxies.

The results are published in the Dec. 3 issue of The Astrophysical Journal.

The new object is comparable in size to the Large Magellanic Cloud (LMC), a diminutive satellite galaxy of our Milky Way. It is rapidly making stars at a rate ten times faster than the LMC. The object might be the growing core of what will likely evolve into a full-sized galaxy.

The small and faint galaxy was only seen thanks to a natural "magnifying glass" in space. As part of its Frontier Fields program, Hubble observed a massive cluster of galaxies, MACS J0416.1-2403, located roughly 4 billion light-years away and weighing as much as a million billion suns. This giant cluster acts as a powerful natural lens by bending and magnifying the light of far-more-distant objects behind it. Like a zoom lens on a camera, the cluster's gravity boosts the light of the distant protogalaxy to make it look 20 times brighter than normal. The phenomenon is called gravitational lensing and was proposed by Albert Einstein as part of his General Theory of Relativity.

Its distance was estimated by building a color profile from combined Hubble and Spitzer observations. The expansion of the universe causes the light from distant galaxies to be stretched or reddened with increasing distance. Though many of the galaxy's new stars are intrinsically blue-white, their light has been shifted into infrared wavelengths that are measurable by Hubble and Spitzer. Absorption by intervening, cool, intergalactic hydrogen also makes the galaxies look redder.

This finding suggests that the very early universe will be rich in galaxy targets for the upcoming James Webb Space Telescope to uncover. Astronomers expect that Webb will allow us to see the embryonic stages of galaxy birth shortly after the big bang.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland
410-338-4514
villard@stsci.edu

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

Leopoldo Infante
Pontifical Catholic University of Chile, Santiago, Chile
011-56-2-354-4939
linfante@astro.puc.cl