제임스웹 우주망원경 : 외부은하의 가스와 먼지다발을 세밀하게 관측하다.

Credits: NASA,ESA,CSA, and J.& Lee (NOIRLab). Image & processing: A. Pagan (STScI)

사진 1> 이 은하는 NGC 1433이다.

             이 은하는 두겹의 별 생성 고리에 둘러싸인 밝은 핵을 가진 막대나선은하이다.
             제임스웹 우주망원경 중적외선 장비(Mid-Infrared Instrument, 이하 MIRI)로 수집된 데이터에서

             7.7마이크론은 파란색으로,

             10마이크론과 11.3마이크론은 초록색으로,

             21마이크론 대역은 붉은색으로 변환한 것이다. 

Credits: NASA, ESA, CSA, and J. Lee (NOIRLab). Image processing: A. Pagan (STScI)

사진 2> 제임스웹 우주망원경의 MIRI장비가 촬영한 이 사진에는 

             거대하고 텅빈 거품 구조로 가득찬 나선은하 NGC 7496 의 모습이 담겨 있다. 
            어지러운 먼지 다발과 텅 빈 것처럼 보이는 동굴 구조는

            새로 탄생한 별들이 에너지를 쏟아내고 있는 증거가 된다.
            어떤 경우는 별사이 우주공간에 뿌려져 있던 가스와 먼지들이

            새로 탄생한 별들의 별폭풍에 밀려 나가며

            마치 별들을 감싸고 있는 듯한 모습을 연출한다.
            가시광선으로 변환된 각각의 중적외선 대역은 사진 1>과 동일하다. 

Credits: NASA, ESA, CSA, and J. Lee (NOIRLab). Image processing: A. Pagan (STScI)

사진 3> 이 사진은 NGC 1365를 MIRI로 관측한 것이다.
             별사이 우주공간에 있는 먼지덩쿨과 가스는 별빛을 흡수하고 적외선 복사를 방출한다. 

             이 적외선 복사가 별폭풍에 영향을 받고 있는

             여러 거품과 먼지다발의 미묘한 구조를 드러내주고 있다. 
            가시광선으로 변환된 각각의 중적외선 대역은 사진 1>과 동일하다. 


과학자들이 제임스웹우주망원경의 적외선 파장을 이용하여 근거리 은하의 별생성지역과 가스, 먼지를 담은
유례없는 고해상도의 사진을 촬영하였다.

이번 데이터 덕분에 우주에서 벌어지는 가장 소규모의 사건인 별의 생성이 가장 거대한 천체인 은하의 진화에 어떤 영향을 끼치는지에 대한 새로운 통찰을 제공하는 21개 논문이 탄생했다. 

제임스웹 우주망원경 설치 첫해에 예정된 프로그램 중 근거리 은하 탐사로는 가장 대규모인 이번 탐사는 
전세계 100명 이상의 과학자가 참여하는 
'높은 각분해능을 이용한 근거리 은하 물리학' (the Physics at High Angular resolution in Nearby Galaxies, 이하 PHANGS) 협력 프로그램에 의해 수행되었다.

이번 제임스웹 관측 프로그램은 국립과학재단, 국립 가시광선-적외선 천문학연구소(the National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, 이하 NOIRLab)의 제미니 천문대 수석 과학자이자 아리조나 대학 천문학자인 제니스 리(Janice Lee)가 이끌었다.

연구팀은 19개의 다양한 나선은하와 제임스웹 우주망원경이 첫 번째 운용을 시작한 몇 달 동안 수집한 M74, NGC 7496, IC 5332, NGC 1365, NGC 1433 데이터를 연구하였다.

그 결과는 천문학자들에게 이미 깊은 인상을 남겼다.

연구팀의 일원인 존스홉킨스 대학 데이비드 틸커(David Thilker)는 선명한 사진에 생생하게 드러난 세세한 구조에 놀라지 않을 수 없었다고 말했다.

역시 연구팀의 일원인 캐나다 알버타 대학 에릭 로솔브스키(Erik Rosolowsky)는 새로 생성된 별로부터 뿜어져나온 에너지가 주위에 어떤 영향을 미치는 직접 볼 수 있었다고 평가했다.

제임스웹 우주망원경이 촬영한 중적외선 장비(Mid-Infrared Instrument, 이하 MIRI)는 대상 은하들 내에 고도로 조직된 연결구조, 나선팔을 따라 불타오르는 먼지로 만들어진 동굴과 거대한 가스 거품이 있다는 것을 밝혀냈다.

근거리 은하에서 이 구조들은 개별적으로 만들어질 수도 있고 갓태어난 어린 별로부터 쏟아져나온 에너지를 감싸고 있는 껍질이나 거품들로 만들어진 것일 수도 있다. 

연구팀의 일원인 캘리포니아 대학 캐린 샌드스톰(Karin Sandstrom)의 소감은 다음과 같다.
"허블우주망원경이 찍은 사진에서는 볼 수 없었던 부분이 이번 적외선 사진에서는 놀랍도록 세세한 모습을 드러냈습니다. 이를 통해 우리는 별사이 우주 공간에 뿌려져 있는 먼지들이 어떻게 새로 태어난 별들의 빛을 흡수하는지,
 그리고 어떻게 적외선을 복사해내는지, 그리고 이 복사에 의해 드러난 가스와 먼지의 미묘한 네트워크를 볼 수 있게 되었습니다."

천문학자들은 이러한 구조를 연구하는데 필요한 고해상도 사진을 오랫동안 기다려왔고, 이제서야 제임스웹 우주망원경을 통해 만날 수 있게 되었다.

연구팀의 일원인 오하이오주립대학 아담 레로이(Adam Leroy)의 설명은 다음과 같다.
"PHANGS 프로젝트 팀은 허블우주망원경과 ALMA, VLT의 광시야분광관측기(MUSE)를 이용하여

 가시광선 및 라디오파, 자외선 대역에서 이 은하들을 관측하는데 오랜 시간을 보내왔습니다.
 하지만 별의 생명 주기에서 가장 초기에 해당하는 단계는 가스와 먼지 구름에 완전히 뒤덮혀 있어 볼 수 없었죠."  

제임스웹 우주망원경이 제공하는 강력한 적외선 관측 성능은 이 두꺼운 먼지를 투과하여 잃어버린 퍼즐을 끼워맞출 수 있도록 해준다.

예를 들어 제임스웹 우주망원경에 장착된 MIRI가 관측할 수 있는 7.7마이크론과 11.3마이크론, 근적외선 카메라 NIRCam이 관측할 수 있는 3.3마이크론 대역은 다환방향족탄화수소의 복사를 감지할 수 있다.
이 원소는 별과 행성의 형성에 있어 핵심적인 역할을 수행하는 원소이다.

이러한 분자들이 제임스웹 우주망원경의 첫번째 관측 중 PHANGS 프로젝트에 의해 포착됐다.

이로서 미시영역에서 벌어지는 상호작용을 연구함으로써 장구한 세월에 걸쳐 발생하는 은하의 진화라는 훨씬 큰 규모의 사건을 바라보는 통찰을 얻을 수 있게 되었다. 

PHANGS 협력 프로젝트의 리더인 독일 막스플랑크 천문연구소의 에바 쉬네러(Eva Schinnerer)는 이번 관측이 공공기금으로 진행되었기 때문에 모든 데이터는 공공에게 개방된다고 말했다. 

PHANGS 협력 프로젝트 팀은 이전에 다른 천문대에서 획득한 데이터와 상호 보완관계에 있는 제임스웹 관측 데이터를 정리하여 발표하게 될 것이고 이를 통해 보다 많은 천문학회의 연구를 돕게 될 것이다.

제니스 리의 소감은 다음과 같다.
"별의 생성에 대해 완벽한 합의를 가능하게 해준, 그리고 국부 은하군 너머에 있는 근거리 은하에서 별사이 우주 공간에 존재하는 거품 구조의 모습을 알려준 제임스웹 우주망원경의 탁월한 해상도에 감사드릴 따름입니다.
 이번 결과는 별의 생성과 별의 생성이 주위에 끼치게 되는 영향, 그리그 그 영향이 새로운 세대의 별생성을 촉발하는지 아니면 이미 탄생한 별들이 다음 세대 별의 탄생을 어떻게 방해하는지 등에 대한 새로운 이해를 가능하게 해 줄 것입니다."
 
PHANGS 협력 프로젝트는 일반관측프로그램 2107의 일환으로 진행되었다.

21개의 개별 연구로 구성된 연구팀의 이번 발견은 최근 아스트로피지컬 저널의 특별주제로 최근 발표되었다.

 

 

출처 : NASA 제임스웹 우주망원경 공식 사이트 2023년 2월 17일 뉴스