별이 모이면 은하를,
이런 은하의 모임은 은하군을,
은하군은 다시 은하단을,
은하단은 이보다 더 큰 초은하단을 이룬다.
그런데 이런 초은하단 이상 큰 규모의 천체를 우리는 ‘우주의 거대구조’(혹은 우주의 대규모구조)라고 부른다.
이런 우주의 거대구조는 필라멘트나 거미줄처럼 얽힌 형태를 보이고 있는데 최근 유럽의 천문학자들이 그에 속한 블랙홀의
자전축이 이 구조의 배열을 따르고 있음을 밝혀냈다. 이는 우주 진화 과정을 탐구하는 데 중요한 단서가 될 것으로 보인다.
벨기에 리에주대학 다미앵 헛세메커스 박사가 이끄는 국제 연구팀이 유럽남방천문대(ESO)의 초대형망원경(VLT)을 사용한
최신 관측 연구에서 수십억 광년을 사이에 두고 떨어져 있는 퀘이사 93개(정확히 그속에 있는 블랙홀)의 자전축 방향이
거미줄처럼 얽힌 우주의 거대구조와 일치하는 것을 밝혀냈다.
퀘이사는 하늘에서 별처럼 보이지만 사실은 수천에서 수만 개의 별로 이뤄진 은하로, 지구에서 가장 먼 거리에 있는 은하의
중심핵에 있는 거대 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 엄청나게 밝게 빛난다. 이때 중력에 의해 모인 물질은
소용돌이치며 초고온 상태의 원반을 이루며 내부 블랙홀은 자전축에 따라 제트를 분출한다.
이번 관측에서 이런 자전축과 제트 자체가 확인된 것은 아니지만, 연구팀은 각각의 퀘이사가 갖는 편광(빛의 진동 방향)
등에서 원반의 각도, 나아가 자전축의 방향을 파악할 수 있었다.
우주의 거대구조에 관한 상세 시뮬레이션. 암흑물질 분포는 파란색, 가스 분포는 오렌지색.
중심에는 거대 질량의 은하단. 폭은 3억 광년.
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특히 연구팀은 이런 자전축 방향이 우주의 거대구조로 불리는 필라멘트를 따르는 경향도 발견했다.
수십억 광년 규모에 달하는 거대 은하 집단의 분포는 일정하지 않고 그물망 구조로 배열되는데 이를
우주의 거대구조라고 부른다.
헛세메커스 박사는 “퀘이사들로부터 주목한 첫 번째 이상한 점은 이들은 수십억 광년씩 서로 떨어져 있음에도 자전축이
서로 정렬된 양상을 보였다”면서 “한 걸음 더 나아가 만약 이 자전축이 서로 연결돼 있다면 이는 단순히 서로 연결된 것이
아니라 우주에 더 거대한 규모의 구조를 형성하고 있을 것”이라고 설명했다.
연구팀은 이번에 관측된 결과가 우연일 가능성은 1% 미만으로 추정하고 있다. 퀘이사(블랙홀)의 방향이 우주의 거대구조와
의 관련성이 관측으로 확인된 것은 이번이 처음이다.
한편 이번 연구성과는 국제학술지 ‘천문학 및 천체물리학’(Astronomy and Astrophysics) 22일 자로 게재됐다.
○활발하게 별을 생성하는 초기의 은하 
된 탄생 초기의 은하를 상세하게 관측하는데 성공했다는 소식입니다. z8-GND-5296 라는 이름의
이 은하는 CANDELS study 에서 측정된 100,000 개의 은하 가운데 발견된 것으로 총 900 시간이라는
긴 관측을 거쳐 확보된 데이터를 통해 찾아낸 은하라고 합니다. 지금까지 발견된 은하 가운데서는
가장 오래된, 그리고 멀리 떨어진 은하 중 하나이며 우주의 나이를 138 억년으로 생각했을 때 초기
5% 에 해당되는 시기에 모습을 보고 있는 것이라고 하네요.
이전에 가장 멀리 떨어진 (뒤집어 말해 가장 오래된) 은하인 UDFj-39546284 에 대해서 언급한 바
있습니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2012/07/76.html 참조) 하지만 실제로 이런 은하들은 허블
우주 망원경으로도 매우 희미한 빛만을 측정할 수 있을 뿐입니다. 다시 말해 스펙트럼 분석법으로
확인 (spectroscopically confirm) 하기가 매우 어렵습니다. 실제로 UDFj-39546284 는 이렇게 확인
되지 않은 상태이며 스펙트럼 분석으로 확인된 가장 먼 은하는 UDFy-38135539 입니다. 지상 망원경
으로 분광학적으로 확인한 적색 편이는 z=8.6 입니다.
적색 편이는 천체의 스펙트럼 선이 도플러 효과에 의해 장파장 쪽으로 이동하는 현상으로 관측자에
서 빠른 속도로 멀어질수록 더 붉은 색 (즉 장파장) 쪽으로 이동하는 현상입니다. 따라서 적색 편이가
크면 클수록 멀리 떨어진 은하이죠. 하지만 아주 멀리 떨어진 은하들은 스펙트럼 분석을 충분히
할 수 있을 만큼 관측 데이터를 모으는 일도 만만치 않은 일입니다.
현재까지 적색 편이 7 이 넘는 은하는 수십개에 불과하며 이 중 Lyman α emission 으로 확인된
것은 5 개에 불과합니다. 그 중 이번에 발견한 z8-GND-5296 은 Z=7.51 로 가장 멀리 떨어진 은하라
고 할 수 있습니다. 적색 편이를 분석하는 데 사용된 것은 하와이에 있는 구경 10 미터급 대형 망원경
인 켁 망원경 (Keck Telescope) 으로 MOSFIRE 라는 새로운 장비의 도움을 받아 이런 연구가 가능
했다고 합니다.
( z8-GND-5296 의 아티스티 이미지. 무수히 많은 별이 탄생하는 중.
This is an artist's rendition of the newly discovered most distant galaxy z8_GND_5296.
(The galaxy looks red in the actual Hubble Space Telescope image because the collective blue
light from stars get shifted toward redder colors due to the expansion of the universe and its
large distance from Earth.) (Credit: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, NASA, ESA, A. Aloisi,
The Hubble Heritage, HST, STScI, and AURA.) )
(실제 관측 모습 This image from the Hubble Space Telescope CANDELS survey highlights the
most distant galaxy in the universe with a measured distance, dubbed z8-GND-5296. The galaxy’s
red color alerted astronomers that it was likely extremely far away, and thus seen at an early time
after the Big Bang. The magnified image results from stacks of optical and infrared images taken,
respectively, by the Advanced Camera for Survey (ACS) and Wide-Field Camera 3 (WFC3) on boa
rd the Hubble. The galaxy has a mass of ~109 times the mass of the Sun and is at a distance of
~13 billion light years from us, forming stars nearly 150 times more rapidly than our galaxy. Image
credit: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, STScI/NASA. )
초기 은하에서는 무수히 많은 별들이 탄생하고 있습니다. 연구팀은 z8-GND-5296 에서 매년 태양
질량의 330 배에 달하는 별들이 탄생하고 있다고 생각하고 있습니다. 이는 현재 우리 은하의 100 배
수준입니다. 아마도 우리 은하 역시 발생 초기에는 이 은하처럼 무수하게 많은 별들이 탄생했을 것
입니다. 지금은 시간이 지나서 성장기를 지난 상태이기 때문에 안정화된 상황이겠죠. 과학자들은
멀리 떨어진 은하를 관측하므로써 우리 은하를 비롯한 은하들이 우주 탄생의 초기에 어떤 상황이
었는지를 추정할 수 있습니다.
현재 관측 기기로는 여기까지가 한계지만 미래에 제임스 웹 우주 망원경이나 30 미터 망원경
(Thirty Meter Telescope TMT) 등 차세대 망원경이 완성되면 더 멀고 오래된 은하도 관측이 가능할
것입니다. 그렇게 되면 우주 초기에 어떤 방식으로 은하가 탄생하고 진화했는지에 대해서 더 상세한
정보를 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다. 이 연구는 Nature 에 실렸습니다.
○우주 크기 : 소름 돋는 우주의 크기, 우주 필라멘트 구조 - 미노스