2023. 11. 12. 01:28ㆍ3. 천문뉴스/제임스웹 우주망원경(JWST)
광활한 규모를 자랑하는 은하단 MACS0416의 연구를 위해 제임스웹 우주망원경과 허블우주망원경이 힘을 합쳤다.
그 결과 가시광선과 적외선 대역의 모든 색깔을 담아낸 가장 포괄적인 풍경을 보여주는 우주 사진이 만들어졌다.
사진설명 :
왼쪽 사진은 허블우주망원경이 가시광선으로 바라본 MACS0416 은하단이며 오른쪽은 제임스웹 우주망원경이 적외선으로 바라본 MACS0416은하단이다.
두 사진 모두 수백 개의 은하를 담고 있다.
하지만 제임스웹 우주망원경 사진에 보이는 은하들 중 일부는 허블우주망원경 사진에서는 보이지 않거나 간신히 보인다.
이는 허블우주망원경으로는 볼 수 없는 너무 멀리 떨어져 있거나 먼지를 뒤집어 쓰고 있는 은하를 제임스웹 우주망원경의 적외선 관측 능력으로는 볼 수 있기 때문이다.
(너무나 멀리 떨어져 있는 은하의 빛은 우주의 팽창 때문에 붉은색 쪽으로 이동하는 이른바 적색편이 현상을 나타낸다.)
이 사진을 찍기 위해 제임스웹 우주망원경이 노출한 시간은 대략 22시간이다.
이에 반해 허블우주망원경은 122시간 동안 노출해야 했다.
지구로부터 43억 광년 거리에 있는 MACS0416 은하단은 두 개 은하단이 충돌하고 있는 은하단으로서 결국 지금보다 훨씬 거대한 하나의 은하단이 남게 될 것이다.
사진 설명 : 제임스웹 우주망원경과 허블우주망원경이 촬영한 MACS0416 은하단의 사진을 합성한 사진
각 파장에 할당된 색깔은 다음과 같다.
파란색 : 0.435 ~ 0.606 마이크론 (허블필터 F435W과 F606W)
청록색 : 0.814, 0.9, 1.05 마이크론 (허블필터 F814W, F105W, 제임스웹 필터 F090W)
초록색 : 1.15, 1.25, 1.4, 1.5, 1.6 마이크론 ( 허블필터 F125W, F140W, F160W, 제임스웹 필터 F115W, F150W)
노란색 : 2.00, 2.77 마이크론 (제임스웹 필터 F200W, F277W)
주황색 : 3.56 마이크론 (제임스웹 필터 F356W)
빨간색 : 4.1, 4.44 마이크론 (제임스웹 필터 F410M, F444W)
이 사진에는 두 개 우주망원경의 협업에 의해서만 가능했던 세부 장면이 많이 담겨있다.
이 사진에는 또한 은하단 테두리 밖에 있는 은하도 많이 담겨 있다.
다양한 거리에 분포하는 이 은하들은 중력렌즈 작용에 의해 밝게 빛나고 있다.
이 은하단은 2014년 시작된 프론티어 필드( the Frontier Fields )프로그램에서 처음 촬영대상이 된 은하단 중 하나이다.
( 블로그 쥔장 설명 : 허블 프론티어 필드 프로그램 및 촬영 대상 은하단에 대한 세부 내용은 다음의 링크를 참고하세요
허블 프론티어 필드 프로그램 개요를 설명하는 2014년 1월 7일 허블사이트 발표 뉴스
허블 프론티어 필드 프로그램에 의해 관측된 은하단 사진을 공개한 2015년 10월 22일 유럽우주국 발표 뉴스)
당시 허블우주망원경으로 가장 희미하고 어린 은하를 탐사하는 프로그램이 진행되었었다.
그리고 오늘날, 제임스웹 우주망원경이 허블우주망원경보다 훨씬 먼 초기 우주를 바라봄으로써 이 사진에 중요한 기여를 하고 있다.
이번 제임스웹 우주망원경 관측을 진행한 PEARLS 프로그램의 수석 연구원이자 아리조나 주립대 로저 윈호스트 (Rogier Windhorst)는 훨씬 더 멀리 떨어진, 훨씬 더 희미한 천체까지 관측 대상을 확장함으로써 허블우주망원경의 위업을 한층 더 높이 쌓아 올렸다고 말했다.
사진의 색깔이 의미하는 것.
이 사진을 만들기 위해 가장 짧은 파장은 파란색으로, 가장 긴 파장은 붉은 색으로, 중간 파장은 초록색으로 처리하였다.
그 결과 0.4에서 5마이크론에 이르는 폭넓은 파장으로 은하가 가득한 생생한 풍경이 탄생했다.
각 색깔은 은하의 거리에 대한 단서가 된다.
가장 짙은 파란색을 띤 은하는 상대적으로 가까운 거리에 있는 은하이며 왕성하게 별을 만들어내는 모습을 보여주곤 한다.
이러한 유형의 은하를 찾는 데에는 허블우주망원경이 가장 적합하다.
반면 붉은 빛을 띤 은하일수록 더 멀리 떨어진 은하들이며 이 은하는 제임스웹 우주망원경이 더 잘 포착해 낼 수 있다.
매우 붉은 빛을 띠는 은하는 상당히 많은 양의 우주먼지를 품고 있는 은하들이다.
이 은하의 먼지가 푸른 별빛을 흡수하기 때문에 붉은 빛을 띠는 것이다.
윈호스트는 허블우주망원경의 데이터를 제임스웹 우주망원경의 관측 데이터와 합치기 전까지는 이처럼 선명한 모습을 볼 수 없었다고 말했다.
크리스마스트리 은하단
제임스웹 우주망원경은 이 아름다운 사진에 일조하는 동안 특별한 과학적 임무도 수행했다.
연구팀은 수 주 간격으로 촬영된 3 개의 관측 데이터를 CANUCS(CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey) 연구팀이 촬영한 네 번째 관측 데이터와 합성하였다.
합성의 목표는 다양한 밝기 변화를 보이는 일명 '순변체(transients)'를 찾는 것에 있었다.
연구팀은 사진에서 총 14개의 순변체를 식별해냈다.
그 중 12개는 중력렌즈작용에 의해 크게 확대된 세 개 은하에 위치하고 있었는데 이들은 짧은 순간에 아주 많이 확대된 하나의 별, 또는 이중별계일 가능성이 있는 천체이다.
나머지 두 개는 중간 정도로 확대된 배경 은하에 있었는데 이들은 초신성일 가능성이 있다.
이번 연구결과를 담은 논문의 주저자인 미주리대학 얀 하오징(Haojing Yan)은 MACS0416 은하단이 워낙 다채로운 색깔을 가지고 있고, 빛이 깜빡이는 순변체도 찾을 수 있어 연구원들이 이 은하단을 크리스마스트리 은하단이라 불렀다고 말했다.
상대적으로 짧은 시간의 관측동안 이처럼 많은 순변체를 찾을 수 있었다는 것은 정기적인 모니터링을 통해 더 많은 순변체를 찾을 수 있다는 것을 의미한다.
연구팀이 식별한 순변체 중 하나는 특히 눈에 띠는 특징을 가지고 있었다.
이 순변체는 빅뱅이후 30억 년이 지난 시점의 은하에 위치하고 있었으며 중력렌즈 작용에 의해 최소한 4,000배가 확대된 별이었다.
연구팀은 이 별(또는 별계)에 "monster nature"라는 뜻의 "모트라(Mothra)"라는 이름을 붙였다.
대상이 극단적으로 확대된, 극단적으로 밝은 천체였기 때문이다.
흥미로운 점은 모트라가 9년 전 허블우주망원경 관측 당시에도 보였다는 점이다.
이건 보통 일이 아니다.
왜냐하면 별 하나가 이처럼 크게 확대되기 위해서는 앞쪽에 선 은하단과 배경에 있는 별이 아주 특별한 배치로 도열해야 하기 때문이다.
즉, 별과 성단의 움직임 때문에 특별한 배치는 진작에 없어졌고, 따라서 이 별도 이번 사진에서는 나타나지 말았어야 한다.
사진설명 : 모트라를 품고 있는 은하를 확대한 사진
이에 대한 가장 그럴듯한 설명은 앞쪽에 있는 은하단에 확대작용을 하는 또다른 천체를 가정한다.
연구팀은 이 또다른 천체가 태양질량 대비 1만 배에서 1백만 배 사이의 천체일 것으로 예상하였다.
하지만 이 "밀리 렌즈" 작용을 한 천체가 무엇인지는 밝혀지지 않았다.
이번 발견을 세부적으로 기록한 논문의 주저자인 스페인 칸타브리아 물리학 연구소의 호세 디에고(Jose Diego)는 이 천체가 제임스웹 우주망원경이 직접 관측하기에는 너무나도 희미한 구상성단일 가능성이 크지만 그 정체를 아직은 알 수 없는 상황이라고 말했다.
디에고와 동료들의 논문은 아스트로노미앤아스트로피직스(Astronomy & Astrophysics)에 개재되었으며 얀과 동료들의 논문은 아스트로피지컬 저널에 개재될 예정이다.
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