110억년 전 은하에서 자기장을 탐지해내다.

9io9은하의 자기장, 편광된 먼지 알갱이 복사를 분석하여 은하의 자기장을 그려낼 수 있었다. Credit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J. Geach et al.

 

천문학자들이 ALMA(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용하여 110억 광년 거리에 떨어져 있는 은하의 자기장을 관측했다. 이 은하는 우주의 나이가 고작 25억 년 밖에 되지 않던 시절의 은하이다. 
이번 관측은 우리은하 미리내와 같은 은하의 자기장이 어떻게 형성되어왔는지를 알 수 있는 중요한 단서를 제공해주고 있다. 

우주에 존재하는 천체는 행성이든 별이든 은하든, 자기만의 자기장을 가지고 있다. 

2023년 9월 6일 네이처지에 개재된 논문의 주저자인 영국 하트퍼드셔 대학의 천체물리학 교수 제임스 기치(James Geach)는 은하가 수십만 광년에 걸쳐 뻗어있는 자기장에 둘러싸여 있다는 사실을 많은 사람들이 깨닫지 못하고 있다고 말했다. 

 

연구에 참여한 스탠포드 대학의 연구원 엔리끄 로페즈 로드리게즈(Enrique Lopez Rodriguez)는 자기장이 은하의 진화에 있어 근본이 되는 요소임에도 불구하고 이에 대해 알려진 것은 거의 없다고 평가했다. 

우주 초기 시절에 자기장이 얼마나 빨리 형성되었는가에 대해서는 명확하게 알려진 것이 없다.
왜냐하면 천문학자들의 관심은 주로 우리와 가까운 은하의 자기장을 연구하는데만 한정되어 있었기 때문이다. 

이번 관측에서 기치와 연구팀은 아주 멀리 떨어진 은하에서 형성이 완료된 자기장을 탐지해냈다. 
이 은하의 자기장은 가까운 은하에서 볼 수 있는 자기장과 구조적으로 거의 동일했다. 

 

이 자기장은 지구의 자기장보다 약 1,000배 약했지만 16,000광년에 걸쳐 펼쳐져 있었다. 

 

기치는 이번 관측을 통해 은하 스케일의 자기장이 어떻게 생겨나는지에 대한 새로운 단서를 얻을 수 있었다고 말했다. 
우주 초기 시대에 완전하게 꼴을 갖춘 자기장을 관측함으로써 은하가 여전히 성장을 계속하고 있는 초기 단계에 

전체 은하를 감싸는 자기장이 빠르게 만들어진다는 것을 알게 된 것이다. 

연구팀은 초기 우주에서 왕성하게 나타나는 별생성이 자기장 형성을 가속시키는 역할을 했을 것으로 추정하고 있다. 

또한 자기장은 새로운 세대의 별을 만들어내는데 지속적인 영향을 행사할 수 있다. 

이번 논문의 공동저자인 ESO 천문학자 로브 이비슨(Rob Ivison)은 이번 관측을 통해 은하의 내부 작용을 볼 수 있는 새로운 창을 얻게 되었다고 평가했다. 왜냐하면 자기장은 새로운 별들을 만들어내는 물질과 연관이 있기 때문이다. 

이번 관측을 위해 연구팀은 9io9라는 이름의 머나먼 은하의 먼지 알갱이에서 복사되는 빛을 관측했다. 

 

Credit:ESO/J. Geach et al.

사진 설명 : 중앙의 밝은 점 주위로 활처럼 휘어진 붉은빛의 천체가 9io9은하이다.
                   중앙의 밝은 점은 중력렌즈 작용을 하는 근거리 은하이다.

                   즉, 9io9은하는 중력렌즈 현상을 통해 발견될 수 있었던 머나먼 은하이다.

 

은하의 먼지 알갱이들은 자기장의 영향으로 정렬하는 경향이 있으며 이들이 복사하는 빛은 극성에 의해 편광된다. 
이것이 의미하는 것은 빛의 파동이 무작위로 진동하는 것이 아니라 특정 방향으로 정렬하여 진동한다는 것을 의미한다.  

ALMA는 이를 탐지해내고 것은 9io9 은하에서 오는 평광신호를 그려냈다. 
그 결과 이처럼 멀리 떨어져 있는 은하에 존재하는 자기장을 처음으로 확증할 수 있었던 것이다. 

기치는 이와 같은 관측은 오직 ALMA만이 수행할 수 있다고 평가했다. 
연구팀의 희망은 이번 관측 및 향후 관측을 통해 은하의 근본 요소라 할 수 있는 자기장이 어떻게 형성되는지에 대한 수수께끼가 풀리기 시작할 것이라는 점이다. 


출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Science Release  2023년 9월 6일자