끔찍한 두 가지: 아기 우주에서 유아용 블랙홀 발견

사힐 헤그데(Sahil Hegde) | 2023년 7월 6일 | 일간지 요약 | 댓글 0개

제목:초기 우주의 작고 활발한 블랙홀

저자:Roberto Maiolino, Jan Scholtz, Joris Witstok 등

제1저자의 기관: 영국 케임브리지 케임브리지 대학교 Kavli 우주론 연구소; 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory) – 영국 케임브리지 소재 케임브리지 대학교 천체물리학 그룹; 영국 런던 유니버시티 칼리지 런던 물리천문학부

상태:제출된

JWST의 첫 번째 이미지 공개 1주년이 다가오고 있는 지금은 JWST가 발견한 몇 가지 큰 발견을 되돌아볼 수 있는 완벽한 시기입니다. 적외선 관찰을 통해 JWST는 부분적으로 우주 최초의 은하의 형성과 진화를 연구하도록 설계되었습니다. 그 면에서 그것은 은하 거리에 대한 기록을 깨뜨리고 초기 은하 구조와 인구 통계에 대한 우리의 모델에 도전하면서 기대를 뛰어넘었습니다. JWST가 얼마나 강력한지에 대한 완벽한 예는 GN-z11이라는 이름이 붙은 가장 먼 은하에 대한 오래된(JWST 이전) 기록 보유자로부터 배울 수 있는 새로운 정보에 있습니다.

GN-z11은 2016년 측광학적으로 적색편이가 큰 은하 후보로 처음 확인된 이후로 많은 흥분의 대상이 되어왔습니다. 그 이유는 주로 초기 우주에서 은하의 본질을 가장 명확하게 볼 수 있었기 때문입니다. GN-z11은 그 시점까지 발견된 은하 중 가장 높은 적색편이를 나타냈을 뿐만 아니라(적색편이는 ~11로 빅뱅 이후 약 4억 년이 지난 시점임), 나이에 비해 유난히 밝습니다. 그리고 아니, 유치원이나 고등학교 수준의 책을 읽었다는 뜻은 아닙니다. 즉, 우주의 나이는 이미 거의 10억년이 되었고 은하계는 훨씬 더 커질 것으로 예상되는 z~6-8에서 일반적인 은하보다 3배 더 밝습니다. GN-z11은 허블 우주 망원경과 기타 지상 기반 연구를 통해 수행된 관측을 기반으로 한 다른 바이트(예: 분광학적 확인 및 기원에 대한 이 두 가지)에서 이미 길게 논의되었습니다.

이러한 관심을 고려하여 GN-z11은 JWST가 수행한 최초의 과학 프로그램 중 일부의 자연스러운 관찰 대상이었습니다. 오늘의 논문은 이러한 관찰에 대해 자세히 알아보고 이 은하계의 놀라운 광도를 설명하는 증거를 제시합니다. 아마도 은하계에서 숨바꼭질을 하고 은하계를 매우 밝게 빛나게 만드는 무언가가 있을 수도 있습니다!

High-z AGN을 감지하는 방법

JWST가 발사되기 전에 수행된 관측에도 불구하고 GN-z11은 매우 빛나는 은하로 확인되었습니다. 그 빛이 모두 별빛이라고 가정하면, 우리는 은하계에 있는 별의 질량이 대략 태양 10억 개에 해당한다고 추정할 수 있습니다. 이는 은하수의 항성 질량보다 약 10분의 1 정도 작은 것으로, 나이를 고려할 때 이 별의 질량도 예외적으로 큽니다. 그러나 이 놀라운 광도에 대한 한 가지 가능한 설명은 빛의 상당 부분이 은하 중심에 있는 활동적으로 증가하는 초대질량 블랙홀(소위 활성은하핵, AGN)에 의해 생성된다는 것입니다. AGN과 같은 큰 광도 물체의 존재는 초기 우주에서 GN-z11 및 기타 유사한 '과잉' 광도 은하의 탐지와 관련된 긴장을 완화하는 데 깔끔하게 도움이 될 것입니다. 이것이 잠재적으로 설득력 있는 아이디어이기는 하지만, 이 질문에 결론적으로 대답하려면 은하 스펙트럼의 방출선을 정확하게 감지해야 합니다. 이는 JWST의 고해상도 장비를 위한 완벽한 테스트베드입니다!

실제로 오늘의 저자들은 1~5 마이크론의 파장 범위를 다루는 JWST의 근적외선 분광기(NIRSpec)로 수집된 데이터를 사용합니다. 빛은 우주의 팽창으로 인해 늘어나거나 우주론적으로 적색편이가 발생했기 때문에 이 범위에서 관찰된 선은 실제로 적외선으로 늘어나기 전에 은하계 원자에 의해 자외선 또는 광학적으로 방출됩니다. 사실, 은하의 적색편이를 식별하는 데 사용되는 가장 강한 선 중 일부는 은하의 성간 매질(예: HII 영역)에서 이온화되고 여기된 원자의 전자 전이에 의해 생성됩니다. 따라서 다양한 방출선을 감지하면 특정 원소의 존재를 나타내고 관찰되는 가스의 이온화 상태(읽기: 이온화된 특정 유형의 원자 비율)를 반영합니다.