콴타 매거진

2023년 1월 20일

웹 망원경은 놀라울 정도로 멀리 우주 공간과 과거 깊은 곳에서 은하계를 발견했습니다. JADES라는 팀이 연구한 이 네 개는 모두 빅뱅 이후 5억 년이 채 안 된 시점에 나타난 것으로 보입니다.

사무엘 벨라스코/Quanta 매거진; 출처 : NASA

기고 작가

2023년 1월 20일

우주론의 균열이 나타나는 데는 시간이 걸릴 것으로 예상되었습니다. 그러나 지난 봄 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 렌즈를 열었을 때, 매우 멀리 떨어져 있지만 매우 밝은 은하들이 즉시 망원경의 시야에 들어왔습니다. MIT의 천문학자 로한 나이두(Rohan Naidu)는 "그들은 너무 멍청할 정도로 밝았고, 눈에 띄었다"고 말했다.

지구로부터 은하계의 겉보기 거리로 볼 때 은하계는 우주 역사에서 누구도 예상했던 것보다 훨씬 더 일찍 형성되었음을 알 수 있습니다. (더 멀리 있는 것이 있을수록 그 빛은 더 오래 전에 빛나기 시작합니다.) 의심이 소용돌이쳤지만, 12월에 천문학자들은 일부 은하계가 보이는 것처럼 실제로 멀리 떨어져 있으므로 원시적인 은하계임을 확인했습니다. 확인된 은하들 중 가장 초기에 발견된 은하들은 빅뱅 이후 3억 3천만년 후에 빛을 발산하여 우주에서 가장 먼저 알려진 구조에 대한 새로운 기록을 보유하게 되었습니다. 그 은하계는 다소 어두웠지만, 느슨하게 같은 기간에 고정된 다른 후보들은 이미 밝게 빛나고 있었습니다. 이는 그들이 잠재적으로 거대할 수 있음을 의미합니다.

빅뱅 직후 어떻게 별들이 과열된 가스 구름 속에서 발화할 수 있었을까요? 그들은 어떻게 중력에 의해 구속된 거대한 구조에 급히 자신을 엮을 수 있었습니까? 이렇게 크고 밝은 초기 은하를 찾는 것은 선캄브리아기 지층에서 화석화된 토끼를 찾는 것과 비슷해 보입니다. "초기에는 큰 일이 없습니다. 큰 일에 도달하는 데는 시간이 걸립니다."라고 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 이론 물리학자인 Mike Boylan-Kolchin은 말했습니다.

천문학자들은 초기의 거대 사물의 풍부함이 우주에 대한 현재의 이해를 거스르는지 여부를 묻기 시작했습니다. 일부 연구원과 언론 매체는 망원경의 관측이 우주론의 표준 모델(람다 차가운 암흑 물질 또는 ΛCDM 모델이라고 하는 잘 테스트된 방정식 세트)을 깨뜨리고 있으며 놀랍게도 새로운 우주 성분이나 지배 법칙을 지적하고 있다고 주장했습니다. 그러나 이후 ΛCDM 모델이 회복력이 있다는 것이 분명해졌습니다. JWST의 발견은 연구자들이 우주론의 규칙을 다시 쓰도록 강요하는 대신, 천문학자들이 특히 우주의 시작에서 은하가 어떻게 만들어지는지 다시 생각하게 했습니다. 망원경은 아직 우주론을 깨지 않았지만 그렇다고 해서 너무 초기 은하계의 사례가 획기적인 것이 아닐 것이라는 의미는 아닙니다.

아주 초기에 밝은 은하를 발견한 것이 놀라운 일인 이유를 알아보려면 우주론자들이 우주에 대해 알고 있는 것(또는 안다고 생각하는 것)을 이해하는 것이 도움이 됩니다.

빅뱅 이후 유아 우주는 냉각되기 시작했습니다. 수백만 년 안에 공간을 가득 채웠던 소용돌이치는 플라즈마가 가라앉고 전자, 양성자, 중성자가 결합하여 원자(대부분 중성 수소)가 되었습니다. 우주 암흑기라고 알려진 불확실한 기간 동안 모든 것이 조용하고 어두웠습니다. 그러다가 무슨 일이 일어났습니다.

빅뱅 이후 날아간 물질의 대부분은 우리가 볼 수 없는 암흑물질로 이루어져 있습니다. 그것은 특히 처음에는 우주에 강력한 영향력을 행사했습니다. 표준 사진에서는 차가운 암흑 물질(눈에 보이지 않고 느리게 움직이는 입자를 의미하는 용어)이 우주 주위로 무차별적으로 던져졌습니다. 일부 지역에서는 그 분포가 더 조밀했고, 이 지역에서는 덩어리로 붕괴되기 시작했습니다. 눈에 보이는 물질, 즉 원자를 의미하는 물질은 암흑 물질 덩어리 주위에 모여 있습니다. 원자도 냉각되면서 결국 응축되어 최초의 별이 탄생했습니다. 이러한 새로운 방사선원은 소위 재이온화 시대에 우주를 가득 채웠던 중성 수소를 재충전했습니다. 중력을 통해 더 크고 더 복잡한 구조가 성장하여 광대한 우주 거미줄을 구축했습니다.

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