“우주 등대” – 웹이 우주 최초의 빛의 비밀을 밝힙니다.

선구적인 제임스 웹 우주망원경 관측은 초기 우주의 재이온화에서 저질량 은하의 중추적인 역할을 밝혀 기존의 우주 진화 이론에 도전장을 내밀었습니다.

NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 데이터를 사용하여 작업하는 과학자들은 우주에서 가장 오래된 별빛의 완전한 스펙트럼을 최초로 획득했습니다. 이 이미지는 빅뱅 이후 10억 년이 채 지나지 않아 형성된 매우 낮은 질량의 신생 은하에 대한 가장 명확한 그림을 제공하며, 젊은 은하가 우주 기원 이야기에서 중심 역할을 하고 있음을 시사합니다.

Penn State 천체물리학자 두 명을 포함한 국제 연구팀은 최근 연구 결과를 저널에 발표했습니다. 자연. 스펙트럼은 최초의 별과 은하의 도착으로 인해 연료가 공급된 재이온화라고 알려진 우주 기간의 최초 가시광선 중 일부를 보여줍니다.

NASA의 제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)이 촬영한 심야 이미지는 연구자들이 우주의 재이온화를 촉발한 물체에 대한 강력한 후보로 식별한 극도로 희미한 은하의 첫 번째 모습을 제공했습니다. 이미지 출처: Hakim Atiq/Sorbonne University/JWST

원시 우주: 어둠에서 빛으로의 전환

우주의 정상적인 물질은 거의 전적으로 수소와 헬륨 핵으로 구성된 뜨겁고 짙은 안개로 시작되었다고 Penn State의 천문학 및 천체 물리학 조교수이자 논문의 저자인 Joel Lyga는 설명했습니다. 팽창하고 냉각됨에 따라 개별 양성자와 전자가 결합하기 시작하여 처음으로 중성 수소가 형성되었습니다. 대략 5억~9억년 후 대폭발초기 우주에 만연했던 중성수소가 다시 이온화된 가스로 분리되기 시작하면서 별과 은하의 형성이 촉진되고 원시 안개가 걷혀 빛이 처음으로 우주 전체를 방해받지 않고 이동할 수 있게 되었습니다.

“무언가가 촉발되어 은하계 사이의 공극으로 매우 높은 에너지의 광자를 펌핑하기 시작했습니다.”라고 Lyga는 말했습니다. “이러한 소스는 중성수소안개를 태워버리는 우주의 신호기처럼 작용했습니다. 이것이 무엇이든, 그것은 너무 활력이 넘치고 지속적이어서 전체 우주가 다시 이온화되었습니다.”

은하 개척자: 저질량 은하의 역할

작은 질량이 작은 은하의 스펙트럼을 분석함으로써 과학자들은 작은 은하가 주변의 밀도가 높은 원시 가스를 가열하고 이전에 중성인 수소를 이온화함으로써 우주를 재이온화하는 “물체”에 대한 강력한 후보임을 입증했습니다.

“만약 우주의 다른 저질량 은하들이 이들만큼 흔하고 진동한다면, 우리는 마침내 우주 안개를 태워버린 표지에 도달했다고 생각합니다”라고 Lyga는 말했습니다. “그들은 수많은 작은 은하계에서 엄청나게 활동적인 별이었습니다.”

Leija는 초기 우주에 있는 대부분의 은하계는 상대적으로 작을 것으로 예상되므로 은하계의 빈도와 특성을 연구하는 것이 매우 어렵다고 덧붙였습니다. 제임스 웹 우주 망원경의 감도와 아벨 성단 2744의 중력 렌즈 효과의 독특한 결합으로 가능해진 기술적 혁신 덕분에 우주 확대경처럼 작용하고 공간을 왜곡하며 배경 은하의 빛을 증폭시키는 인근 은하계가 탄생했습니다. 이제 수십억 년 안에 작은 은하의 풍부함과 이온화 특성을 결정할 수 있게 되었습니다. 우주에서는 처음입니다.

“우리는 우주 재이온화 시대에 작은 은하가 거대한 은하보다 약 100배 더 많다는 것을 발견했습니다.”라고 소르본 대학의 천체물리학자이자 파리 천체물리학 연구소의 연구원이자 논문의 제1저자인 하킴 아티크(Hakim Atiq)는 말했습니다. 보도자료에서 말했다. “이 새로운 관측은 또한 이 작은 은하들이 먼 은하에 대해 일반적으로 가정되는 기본 값의 4배를 초과하는 많은 양의 이온화 광자를 생성했다는 것을 보여줍니다. 이는 이 은하에서 방출되는 이온화 광자의 총 플럭스가 필요한 임계값을 훨씬 초과한다는 것을 의미합니다. 재이온화를 위해.”

우주 진화 차트: 미래 방향

Penn State 팀은 더 작고 더 먼 은하를 이미지화한 전경의 큰 은하단을 대상으로 한 UNCOVER 조사의 모델링을 주도했습니다. Penn State의 연구원들은 물체의 특성은 물론 질량과 가능한 거리를 이해하기 위해 스캔에서 빛의 작은 점을 모두 분석했습니다. 이 분석은 이 발견으로 이어진 보다 자세한 JWST 관찰을 안내하는 데 사용되었다고 Lija는 설명했습니다.

이러한 결과 이전에는 거대 블랙홀과 같이 우주 재이온화를 담당하는 다른 원인을 식별하는 수많은 가설이 있었습니다. 질량이 태양 질량의 10억 배 이상인 큰 은하; 그리고 태양 질량이 10억 미만인 작은 은하도 있습니다. 연구진은 저질량 은하에 대한 가설을 확인하는 것이 밝기가 낮아 특히 어려운 것으로 입증됐지만 이번 새로운 결과는 저질량 은하가 우주 재이온화에 중심 역할을 했다는 가장 명확한 증거를 제공한다고 말했다.

연구자들은 이제 자신들이 분석한 특정 위치가 우주 내 은하계의 평균 분포를 나타내는지 확인하기 위해 연구를 더 큰 규모로 확장하려고 합니다. 재이온화 과정 외에도 이들의 관찰은 초기 별 형성 과정, 은하가 어떻게 원시 가스에서 발생했는지, 그리고 은하가 어떻게 오늘날 우리가 알고 있는 우주로 진화했는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

참조: “우주를 재이온화한 대부분의 광자는 왜소은하에서 왔습니다.” 작성자: Hakim Atiq, Ivo Lappé, Lukas J. 세도나 H. 프라이스, 프라티카 다얄, 아디 지트린, 바실리 코코레프, 존 R. 위버, 가브리엘 브래머, 피터 반 도쿰, 크리스티나 C. 윌리엄스, 샘 E. 커틀러, 로버트 펠드만, 후다모토 요시노부, 제니 E. 그린, 조엘 레이자, 마이클 V. 마세다, 아담 무진, 리차드 팬, 케이시 파포비치, 에리카 J. 넬슨, 테미아 나나야카라, 다니엘 B. 스타크, 마우로 스테파노네, 캐서린 A. 서스(Suss), 왕 빙지(Bingjie Wang), 캐서린 E. 휘태커, 2024년 2월 28일, 자연.
도이: 10.1038/s41586-024-07043-6

천체 물리학 박사후 연구원인 Bingyi Wang은 Penn State의 연구 공동 저자입니다. 저자와 소속 기관의 전체 목록은 출판된 논문에서 확인할 수 있습니다. 연구원들은 프랑스 국립 우주 연구 센터, 국립 우주론 및 은하 프로그램, CEA, 우주 새벽 센터, 덴마크 국립 연구 재단, 호주 연구 위원회, NOW, 로잘린드 프랭클린 프로그램의 자금 지원과 지원을 인정합니다. 유럽위원회 공동 기금 및 흐로닝언 대학교. 미국-이스라엘 국립과학재단, 미국 국립과학재단(NSF), 과학기술부, 이스라엘 및 느와르랩NSF와의 협력 계약에 따라 천문학 연구를 위한 대학 컨소시엄이 관리합니다.