초기 우주의 먼지투성이 암흑 은하

 

JWST는 적외선에서 볼 수 있는 가장 멀리 있는 천체 중 일부를 공개했을 뿐만 아니라 다른 천문대에서도 이를 연구하고 있습니다. 코펜하겐에 있는 Cosmic Dawn Center의 천문학자들은 최근에 초기 우주에 관해서 몇 가지 흥미로운 사실들을 발견했습니다. 이들은 이 사실을 알아내기까지 먼지 구름을 통과해야 했는데요. 이러한 관찰은 우주가 현재 나이의 10분의 1에 불과했을 때 존재했던 물체의 몇 가지 흥미로운 특성을 보여주었습니다.

 

전파 관측으로 먼지 꿰뚫기

천문학자 Shuowen Jin이 이끄는 Cosmic Dawn 팀은 초기 우주에서 별의 형성 속도를 측정하는 것을 목표로 정했는데요. 팀원들은 특히 초기의 소형 은하에 관심을 보였습니다. 이 천체의 특징 중 하나는 항성의 밀도가 매우 높다는 점입니다. 그러나 이 먼지 구름은 측정하는 과정이 매우 어려운 것으로 알려졌는데요. 팀은 기존의 관찰 방법을 통해서는 측정이 어렵다는 사실을 이미 알고 있었습니다.

그래서 이들은 전파천문 기술을 사용하여 먼지를 "절단"하기로 결정했습니다. 이들이 발견한 것들은 별의 탄생으로 폭발하고 있었습니다. 별들은 모두 탄소, 규소, 산소 및 철 입자의 형태로 먼지를 생성했습니다. 이것들이 은하를 가리고 있기에 관찰하기가 어려웠던 것입니다.

ALMA와 NOEMA

 

빅뱅 이후 10~20억 년이 지난 이 시대에 이와 같은 은하들은 우주의 별 형성 속도에 크게 기여했다고 합니다. 그러나 이 은하들은 광학 및 근적외선 관찰에서 눈에 띄지 않게 통과합니다. 먼지들은 은하를 숨겨 광학 및 적외선에서 어둡게 보이는데요. 먼지 구름이 너무 두껍고 촘촘하기 때문에 광학 및 근적외선 빛이 통과할 수 없습니다. 이어 원적외선도 부분적으로 흡수하기도 합니다.

이어서, 세계에서 가장 큰 전파 천문대 두 곳을 사용하여 태초의 먼지 구름을 관찰해보기도 하였습니다. 하나는 최근에 새롭고 보다 민감한 수신기로 업데이트된 칠레의 ALMA(Atacama Large Millimeter Array)였는데요. 또 다른 하나는 프랑스의 NOEMA(Northern Extended Millimeter Array)였습니다. 전파 천문 관측을 통해 별 형성 속도를 측정하고 먼지의 온도를 계산할 수 있었습니다.

먼지를 통해 관찰하기

 

팀의 관찰에서는 또 다른 흥미로운 사실이 발견되었습니다. 일산화탄소 분자(CO)는 먼지 구름 내에서 혼합되어 존재했습니다. CO는 은하에 있는 모든 가스의 질량을 결정하는 데 도움이 되는 마커와 같습니다. 그것은 또한 천문학자들이 은하의 또 다른 중요한 양, 즉 모든 가스의 질량을 조사하는 데 도움이 됩니다.

CO의 발견은 또한 천문학자들이 구름 내부의 존재를 밝혀 가스를 측정하는 방법을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일반적으로 천문학자들은 먼지 구름의 표면에서 방출되는 빛을 관찰합니다. 그러나 구름 안에도 빛이 차단되어 있습니다.

이러한 효과를 고려하면 다소 과감한 의미가 있다고 한 천문학자는 설명합니다. 해당 모델은 적외선조차도 먼지 구름의 중심에서 직접 빠져나가지 못한다는 사실을 설명합니다. 이것은 이전의 가스 질량 추정치가 작고 먼지가 많은 별을 형성하는 은하에서 2-3배 과대평가되었음을 보여준다고도 덧붙입니다.

더 배워야 할 것

이렇게 먼지로 뒤덮인 조밀한 항성 폭발 은하는 초기 우주에서 먼지로 뒤덮인 별 형성 은하의 약 10%를 차지합니다. 이것이 왜 그렇게 미스터리로 남아있고 추후에 이어질 추가 연구의 주제가 될 것입니다.