제임스웹 우주망원경이 촬영한 판도라 은하단(Abell 2744)

Credits: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology) and R. Bezanson (University of Pittsburgh). Image processing: Alyssa Pagan (STScI)

 

사진> 제임스웹 우주망원경이 근적외선 대역으로 촬영한 이 사진에는 5만여 개의 천체가 담겨 있다. 
          각 천체가 뿜어낸 빛은 제임스웹 우주망원경에 닿을 때까지 다양한 거리를 날아왔다. 
          이는 한 장의 사진에 광활한 우주가 그대로 담겨질 수 있음을 말해주는 것이다. 



천문학자들이 제임스웹우주망원경을 이용하여 판도라 은하단으로 알려져 있는 Abell 2744의 모습을 촬영했다. 
이번 사진은 이전에는 볼 수 없었던 은하단의 세세한 모습이 담겨 있다. 

 

사진에는 이미 자체만으로도 거대한 질량을 자랑하는 세 개의 은하단이 훨씬 거대한 대규모 은하단을 구성하고 있는 모습이 담겨있다. 
은하단이 합쳐져 만들어진 어마어마한 질량은 강력한 중력렌즈를 만들어내어 
훨씬 멀리 떨어져 있는 우주 초기의 은하들을 마치 돋보기를 통해 보는 것처럼 관측할 수 있게 해 준다. 

예전에 허블우주망원경을 통해 세밀한 연구가 가능했던 부분은 판도라 은하단의 중심부로만 한정되어 있었다. 

천문학자들은 제임스웹 우주망원경의 강력한 적외선 장비에 더해

다양하게 출현한 중력렌즈 지역의 광대역 모자이크 뷰를 결합하여 

사진의 폭을 확장함과 동시에 노출을 길게 가져갈 때 어느 정도에서 황금비례가 형성될 지 알아내는데 목표를 두고 있다. 

이러한 노력들은 우주론 및 은하진화 연구에 새로운 지평을 제시하게 될 것이다. 

 

"재이온화 이전 시대를 탐사하는 울트라딥  적외선 분광기 및 카메라 관측"(Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization, 이하 UNCOVER) 프로그램의 공동 수석 연구원인
피츠버그대학 레이첼 베잔슨(Rachel Bezanson)의 설명은 다음과 같다. 
"판도라 신화는 과거를 설명하려는 인간의 호기심과 발견에 대한 이야기를 담고 있습니다. 
 이 이름은 제임스웹 우주망원경이 개척하고 있는 새로운 우주 왕국에 딱 들어맞는 이름이라 생각합니다. 
 판도라 은하단을 촬영한 장노출 사진도 여기 포함되죠.
 사실을 말하자면, 처음 판도라 은하단 사진이 도착했을 때 그 아름다움에 마냥 취해 있었던 사람은 별로 없었습니다.
 사진에는 판도라 은하단의 모습이 너무나 세세하게 드러나 있었고 중력렌즈로 확대된 은하들도 너무 많았습니다. 
 그 모습이 너무 복잡해서 저는 길을 잃어버렸다고 느낄 정도였습니다.

 제임스웹 우주망원경 사진은 우리의 예상을 완전히 뛰어넘는 셈이었죠."

이 사진은 제임스웹 우주망원경이 촬영한 네 장의 사진을 이어붙여 만든 파노라마 사진으로 
근적외선으로 탐지해낸 약 5만여 개의 천체가 담겨 있다. 


또한 여기에는 중력렌즈작용에 의해  확대된 천체도 담겨 있는 뒤틀린 모습으로 보이는 이 천체들은 앞쪽에 위치한 천체들과 달리 훨씬 멀리 떨어져 있는 은하들이다. 

은하단이 만들어 내는 "돋보기"는 은하단의 막대한 중력이 공간의 결을 구부러뜨리면서 만들어진다. 
멀리서 온 은하의 빛은 구부러진 공간을 통과하면서 완전히 휘어진 외형으로 눈에 띄게 된다. 


UNCOVER프로그램의 공동 수석 연구원인 호주 스윈번 공대의 천문학자 이보 라베(Ivo Labbe)는 
오른쪽 하단에 중력렌즈 중심을 품고 있는 제임스웹 우주망원경 사진은 허블우주망원경으로는 촬영할 수 없는 사진이었으며  중력렌즈 작용으로 희미한 아치로 정체를 드러내고 있는 은하 수백여 개를 발견할 수 있었고 중력렌즈가 발생한 지역을 확대해보면 볼수록 더 많은 은하들을 찾을 수 있다고 말했다. 

라베의 소감은 다음과 같다. 
"판도라 은하단은 제임스웹 우주망원경이 촬영한 사진에서 볼 수 있듯이 훨씬 더 강력하고, 훨씬 더 폭이 넓으며, 

 훨씬 더 먼 우주까지 볼 수 있는, 훨씬 나은 중력렌즈 작용을 수행하고 있습니다. 
 이 사진을 처음 접했을 때 너무나 아름다운 모습에 마치 은하 형성 시뮬레이션을 보는 것 같았습니다. 
 이 사진이 실제 관측 데이터라는 것을 구태여 상기해야 했을 정도였습니다. 
 바야흐로 지금 우리는 천문학의 새지평이 열리는 시대에 서 있는 것입니다." 
 

UNCOVER 연구팀은 제임스웹 우주망원경의 근적외선카메라(the Near-Infrared Camera, NIRCam)를 이용하여 4~6시간의 노출로 판도라 은하단을 촬영하였다. 
관측에 투입된 시간은 총 30시간이었다. 

이어진 단계는 촬영된 데이터를 꼼꼼하게 살펴보고 근적외선분광기(the Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec)로 후속관측을 통해 정확한 거리를 측정할 은하들을 선별하는 것이었다. 
또한 중력렌즈를 통해 그 모습을 드러낸 은하들 중 구성정보를 제공할 은하를 선별하는 작업도 함께 진행되었다. 
이 은하들은 초기 우주에서 은하의 형성과 진화에 대한 새로운 통찰을 제공해 줄 것이다. 

UNCOVER 팀은 올 여름, NIRSpec을 이용한 관측을 기대하고 있다. 

 

그동안 NIRCam을 이용한 모든 촬영물들은 공개될 예정이다. 
이를 통해 많은 천문학자들이 촬영 데이터에 익숙해짐과 동시에 제임스웹 우주망원경이 수집한 풍부한 데이터를 기반으로 연구 계획을 수립할 수 있을 것이다. 

UNCOVER 연구팀의 공동 수석 연구원이자 코펜하겐 대학 닐스 보여 연구소 산하 우주의여명 센터(the Niels Bohr Institute’s Cosmic Dawn Center)의 가브리엘 브라머(Gabriel Brammer)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 여러 천문학회를 도와 제임스웹 우주망원경이 수집하는 멋진 데이터를 효율적으로 사용하기로 약속했습니다. 
 이번 관측데이터는 제임스웹 우주망원경이 만들어낼 놀라운 우주과학의 시작이라 할 수 있습니다."
  
UNCOVER팀이 제공한 판도라 은하단의 모자이크 사진과 천체 목록은

허블우주망원경의 데이터와 

제임스웹 우주망원경이 이전에 수행한 3개의 광도 측정 데이터인 JWST-GO-2561, JWST-DD-ERS-1324, JWST-DD-2756 데이터를 합친 것이다. 

 

출처 : NASA 제임스웹 우주망원경 공식 사이트 2023년 2월 16일 뉴스