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천문학자들이 NASA(미항공우주국)의 허블우주망원경과 스피츠우주망원경, 우주의 자연 현상에 의한 줌렌즈를 결합해 지금까지 보지 못한 우주에서 가장 멀리 떨어진 새로운 은하를 찾는데 성공했다.
이 은하는 작은 물방울처럼 보였으며 우리 은하수의 아주 작은 조각 크기에 불과했다. 그러나 이 은하는 137억년으로 추정되는 우주나이가 최초로 시작된 이후 3% 시점의 우주의 모습이다. 새로 발견된 우주는 MACS0647-JD로 명명됐으며 우주의 시작인 빅뱅이 일어난 이후 4억2천만년이 지난 모습니다. 이 은하의 빛은 133억년 동안 여행해 지구에 도달한 것이다.
이번 발견은 멀리 떨어진 초기 우주의 은하를 찾아내기 위해 자연 줌 렌즈를 사용하는 연구 프로그램으로부터 얻어졌다. 미국 볼티모어에 있는 우주망원경 과학 연구소 마크 포스트만 박사가 이끄는 CLASH(Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble 허블우주망원경을 이용한 은하단의 중력렌즈효과와 초신성 탐사)는 큰 은하단을 우주망원경으로 이용해 그 뒤에 멀리 떨어져 있는 은하를 확대해 관찰한다. 이 현상을 중력렌즈효과라고 한다.
MACS0647-JD은하로부터 나온 빛은 80억년을 여행해 큰 은하단인 MACS J0647+7015 주위에서 다양한 경로를 우회했다. 렌즈효과에 의한 은하단의 확대 능력이 없었다면 멀리 떨어진 이 은하는 과학자들이 관찰할 수 없었을 것이다. 중력렌즈효과 때문에 CLASH 연구진은 허블우주망원경을 이용해 MACS0647-JD 은하의 확대된 영상 3개를 관찰할 수 있었다. 은하단의 중력은 먼 은하에서 온 빛을 강화시켜서 은하의 영상을 8배, 7배, 2배 더 밝게 했다. 그 결과 과학자들은 이 은하를 보다 효과적이고. 확실하게 찾을 수 있었다.
포스트만 박사는 은하단이 인공 망원경으로는 결코 할 수 없는 일을 해냈다면서 은하단의 중력렌즈 효과가 없었다면 이 은하를 관찰하기 위해 엄청난 노력을 기울여야 했을 것이라고 말했다.
MACS0647-JD는 매우 작기 때문에 더 큰 은하로 진화하기 위한 최초 단계의 것으로 보인다. 분석 결과 이 은하는 너비가 600광년 이하이다. 좀 더 가까운 은하의 관찰 결과에 기초해 천문학자들은 비슷한 나이대의 전형적인 은하는 너비가 약 2,000 광년 정도로 본다. 우리 은하수의 동반 은하 가운데 하나인 대마젤란성운은 너비가 1만 4,000 광년이며, 우리의 은하수는 15만 광년이다.
이번 연구의 주 저자인 우주망원경과학연구소 단 코 박사는 이번에 발견한 물체는 은하를 구성하는 수많은 파편들 가운데 하나로 보이며, 앞으로 130억년에 걸쳐 10개, 100개, 또는 수천 개의 다른 은하나 은하 조각들과 결합하게 될 것이라고 말한다.
이 은하는 허블우주망원경의 WFC3(Wide Field Camera 3)와 ACS(Advanced Camera for Surveys) 카메라로 근자외선에서 근적외선 파장에 걸치는 17개의 필터를 사용해 관찰됐다. CLASH팀의 멤버인 코는 지난 2월 17개 은하단에서 허블 망원경으로 관찰되는 수천 개의 중력 렌즈에 의한 물체를 응시하던 중 이 은하를 발견했다.
코 박사는 "MACS0647-JD가 매우 붉은 물체여서 오직 붉은색 파장에서만 빛이 나오거나, 아니면 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 빛의 적색편이가 일어나 지금과 같은 파장이 나타날 수도 있다. 또 이 두 가지가 모두 결합해 나타난 현상일 수도 있으며 이 모든 가능성을 열어놓고 연구하고 있다."고 설명했다.
CLASH팀은 은하단의 렌즈효과에 의한 8개 은하의 여러 이미지를 분석했다. 은하의 위치는 주로 암흑물질로 이뤄진 은하단의 질량 지도를 만들 수 있게 했다. 암흑물질은 우주 질량의 대부분을 구성하는 눈에 보이지 않는 질량의 형태이다. 코 박사는 이 작업을 하나의 큰 퍼즐에 비유했는데 각 은하의 빛이 굴절돼 현재 위치에서 관찰되게 하는 은하단의 질량을 정돈, 배열하는 작업이다. 이 분석으로 얻은 은하단의 질량 분포는 은하단의 렌즈효과에 의한 MACS0647-JD은하의 이미지 3개를 얻을 수 있게 했다.
코 박사와 동료원구원은 이번에 발견한 은하가 붉은 별과 갈색 왜성, 오래되거나 먼지로 가득 찬, 지구로부터 중간 정도 거리의 은하 등 여러 가능성에 대해 수개월간 분석 작업을 한 결과 이 물체가 매우 먼 거리에 있는 은하라는 사실을 확인했다.
이번 연구는 20일 천체물리학지(Astrophysical Journal)에 실릴 예정이다.