올해 초 광자 그룹이 제임스 웹(James Webb) 우주 망원경의 거의 완벽한 거울에 부딪쳤을 때 그들은 134억 년 동안 빈 공간을 여행하고 있었다. 그 빛은 우리가 알고 보는 모든 것의 탄생이 아직, 우주적 의미에서 최근의 역사였던 시기에 먼 은하계에서 방출되었다. 고대는 실제로 그것을 정의하지 않는다.

 

제임스 웹의 첫 번째 딥 필드 이미지(은하로 가득 찬 아주 작은 하늘 조각의 적외선 기록)는 천문학자들 사이에서 가장 오래된 은하를 찾기 위한 쟁탈전을 촉발했다. 허블 우주망원경은 우주가 불과 4억년이 되었을 때 은하계를 관측한 기존 기록을 보유하고 있다. 제임스 웹의 더 큰 거울과 스펙트럼의 적외선 부분을 볼 수 있는 능력은 더 잘 작동하도록 설계되었다.

 

금요일에 제임스 웹의 두 장비인 NIRcam과 NIRspec의 공동 작업인 JADES로 공동으로 알려진 과학자 팀이 아직 가장 오래된 은하에 대한 관측을 확인했다고 발표했을 때 망원경은 그 기량을 입증했다.

 

"처음으로 우리는 빅뱅 이후 3억 5천만 년 만에 은하계를 발견했으며 환상적인 거리를 절대적으로 확신할 수 있다."고 NIRCam 과학 팀의 일원이자 작업에 대한 최근 논문의 공동 저자인 캘리포니아 대학교 산타크루즈의 Brant Robertson은 말했다.

 

천문학자들은 처음에 정교하게 민감한 적외선 카메라인 제임스 웹의 NIRcam 장비의 데이터를 분석하여 후보 목록을 작성하기 시작했다. 제임스 웹의 첫 번째 이미지가 공개된 직후 매우 오래된 은하에 대한 이야기가 웹을 강타했다.

 

 그러나 NIRcam 관찰 결과 더 자세히 살펴볼 가치가 있는 많은 대상이 나타났지만 공식적인 확인에는 상세한 분광 분석이 필요했다.

 

천문학자이자 공저자인 영국 하트퍼드셔 대학의 엠마 커티스-레이크(Emma Curtis-Lake)는 “가까운 은하가 아주 먼 은하로 가장할 가능성이 매우 높다”고 말했다.

 

 NIRspec 덕분에 두 개의 최근 연구(여기 및 여기)에서 팀은 다양한 후보에 대해 분광 분석(매우 희미한 초기 은하의 거리와 나이를 확인하기 위한 표준)을 수행할 수 있었다. 두 연구 모두 아직 동료 검토를 거치지 않았지만 그 결과는 허블의 기록을 능가할 가능성이 높다.

 

리버풀 존 무어스 대학교의 렌스케 스밋은 BBC에 "관찰된 하늘의 조각은 "팔 길이로 들고 있는 파운드 동전에 있는" 여왕의 눈 정도의 크기라고 말했다. 그 눈 안에는 각각 수십억 년 전의 순간에 포착된 거의 100,000개의 은하가 있다.

 

우주의 시작 근처에 있는 은하의 나이를 측정하기 위해 과학자들은 은하의 "적색편이"를 측정한다. 빛이 이동함에 따라 우주의 팽창은 파장을 확장하여 스펙트럼의 더 붉은 부분으로 끌어들인다. 가장 오래된 빛 중 일부는 가시 스펙트럼에서 웹의 전문 분야인 적외선으로 확장되었다.

 

가장 오래된 은하는 적외선으로 볼 수 있을 뿐만 아니라 스펙트럼도 은하간 수소의 산란으로 인해 특정 지점에서 차단된다. 더 큰 적색편이로 움직이는 이 컷오프를 나타내는 희미한 적외선 은하는 후보 풀을 채웠다. 그런 다음 팀은 NIRspec을 사용하여 이들 중 250개를 28시간 동안 관찰했다. 이 상세한 분광 분석에는 특정 원자 서명이 포함되어 있으며 적색편이를 파악했다.

 

4개의 은하는 적색편이가 10보다 큰 예외적으로 오래된 것으로 판명되었다. 2개는 우주의 나이가 겨우 3억 3천만 년이던 때부터 13에서 적색편이를 보였다. 연구팀은 이 은하는 태양 질량의 1억 배에 불과한 작고 1억 년 미만의 어린 별들로 구성되어 있다고 말했다. 이에 비해 은하수에는 최소 1000억 개의 별이 있는 것으로 생각되며 태양의 나이는 약 46억 년이다. 그들의 작은 크기에도 불구하고, 연구팀은 이 초기 은하들이 엄청난 속도로 별들을 만들어냈다고 말하는데, 이는 현재에 가까운 비슷한 크기의 은하들보다 10배나 빠른 속도이다.

 

 

JADES(Webb Advanced Deep Extragalactic Survey)는 희미한 은하 NIRcam 이미지(왼쪽)를 검색하여 스펙트럼의 특징적인 단절(Lyman 단절로 알려짐)을 나타내는 희미한 은하를 검색했다. 그런 다음 NIRspec은 후보 은하 적색편이를 정확하게 측정했다(오른쪽). 4개의 은하(가운데)는 분광학적으로 확인된 어떤 것보다 더 일찍 존재한다는 점에서 특별했다. 이미지 제공: NASA, ESA, CSA 및 STScI, M. Zamani(ESA/Webb), L. Hustak(STScI). 과학: B. Robertson(UCSC), S. Tacchella(Cambridge), E. Curtis-Lake(Hertfordshire), S. Carniani(Scuola Normale Superiore) 및 JADES 협력

 

이 은하는 이제 분광학적으로 확인된 가장 오래된 은하의 기록을 보유하고 있는 것으로 보이지만 제목은 오래 가지 않을 수 있다. 아직 확인을 기다리고 있지만 과학자들은 제임스 웹이 이미 포착한 일부 은하가 훨씬 더 오래된 것으로 추정했으며 제임스 웹은 빠르면 빅뱅 이후 1억년의 시대에서 빛을 볼 수 있도록 설계되었다.

 

 과학자들은 가장 초기의 별과 은하를 연구함으로써 은하 형성에 대해 더 많이 배우고 재이온화로 알려진 우주 진화의 기간을 파악하기를 희망한다. 이때 첫 번째 별의 강한 빛이 수소와 헬륨에서 전자를 제거하여 주변 가스를 이온화했다. 이 4개의 은하에 있는 별들이 1억년 전에 형성되기 시작했을 수 있기 때문에, 이 1세대 별은 빅뱅 후 약 2억 3천만년까지 거슬러 올라갈 수 있다.

 

"이러한 측정을 통해 우리는 은하의 본질적인 밝기를 알 수 있고 얼마나 많은 별이 있는지 알아낼 수 있다."라고 Robertson은 말했다. "이제 우리는 시간이 지남에 따라 은하계가 어떻게 결합되는지 실제로 구분할 수 있다."

 이미지 : NASA, ESA, CSA 및 STScI