제임스 웹이 찾은 우주 초창기 은하들은 훨씬 더 거대할 수 있다

제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope) 첫 관측 결과는 우주 초기 은하가 너무 커서 우주의 구조 형성에 대한 기존 이해에 도전을 야기했다.

이제 우주 새벽 센터(Cosmic Dawn Center) 새로운 연구는 은하가 훨씬 더 거대할 수 있음을 나타내는 이전에 연구된 적이 없는 효과를 제안한다.

James Webb의 첫 이미지가 공개된 이후 반복적으로 더 먼 은하에 대한 새로운 보고가 나타났다. 이상하게도 몇몇 은하들은 “너무 거대”해 보였다.

소위 ΛCDM 모델이라고 불리는 우주의 구조와 진화에 대해 현재 받아들여지고 있는 일치 모델에 따르면 그렇게 많은 별을 형성할 시간이 부족했다.

ΛCDM이 파괴할 수 없는 성배는 아니지만 패러다임 전환을 주장하기는 이르다. 우리가 은하 측정 시기를 과소 평가, 항성 질량은 과대 평가했을 수 있다. 아니면 운이 좋아서 당시 가장 거대한 은하를 발견했을 수도 있다.

이제 우주 새벽 센터 Clara Giménez Arteaga 박사는 기존 모델에 긴장감을 더욱 높일 수 있는 효과를 제안했다.

본질적으로 은하의 항성 질량은 은하가 방출하는 빛의 양을 측정하고 이 양을 방출하는 데 필요한 별의 수를 계산하여 추정한다. 일반적인 접근법은 전체 은하의 결합된 빛을 고려하는 것이다.

그러나 James Webb으로 함께 관찰한 5개의 은하 샘플을 자세히 살펴보면서 Giménez Arteaga박사는 은하가 하나의 큰 별 덩어리가 아니라 여러 덩어리로 구성된 독립체로 간주되면 다른 그림이 나타난다는 것을 발견했다.

Giménez Arteaga는 “우리는 James Webb이 촬영한 이미지에서 별의 질량을 계산하기 위해 표준 절차를 사용했지만 전체 은하를 보기보다는 픽셀 단위로 계산했다”며 “원칙적으로 결과가 같을 것으로 예상할 수 있다. 모든 픽셀의 빛을 더하고 총 별의 질량을 찾는 것과 각 픽셀의 질량을 계산하고 모든 개별 별의 질량을 더하는 것이다. 하지만 그렇지 않다”고 말했다.

사실 추정된 별의 질량은 이제 최대 10배 더 큰 것으로 밝혀졌다.

그렇다면 별의 질량이 훨씬 더 커진 이유는 무엇일까?

Giménez Arteaga는 “우리의 분석에 따르면 밝은 별 형성 덩어리가 전체 빛을 지배할 수 있지만 질량의 대부분은 더 작은 별에서 발견된다”고 설명한다.

별의 질량은 은하를 특징 짓는 데 사용되는 주요 속성 중 하나이며 Giménez-Arteaga의 결과는 은하를 분해할 수 있는 능력의 중요성을 강조한다.

그러나 가장 멀고 희미한 것들에게는 이것이 항상 가능한 것은 아니다. 그 효과는 이전에 연구되었지만 우주 역사상 훨씬 나중 시대에서만 연구됐다.

다음 단계는 고해상도가 필요하지 않고 “진정한” 별의 질량과 상관관계가 있는 서명을 찾는 것이다.

Clara Giménez Arteaga는 “훨씬 나중 시대의 다른 연구에서도 이러한 불일치가 발견됐다. 이전 시대에서 그 효과가 얼마나 흔하고 심각한지 결정할 수 있고 이를 정량화할 수 있다면 먼 은하의 강력한 항성 질량을 추론하는 데 더 가까워질 것이다. 초기 우주에서 은하 연구의 현재 주요 과제”라고 결론을 내렸다.

이 연구는 The Astrophysical Journal에 16일(현지시각) 발표됐다.

*ΛCDM 모델

“Lambda-CDM”으로 발음되는 “ΛCDM”은 우리 우주의 구조와 진화를 설명하기 위한 주요 모델에 부여된 별명이다. 이 모델은 물질이 공간에 미치는 영향과 공간이 물질에 미치는 영향을 설명하는 일반 상대성 이론인 물리학에서 가장 잘 검증된 이론 중 하나를 기반으로 한다.

이 모델에서 우주는 주로 그리스 문자 Λ로 표시되는 암흑 에너지로 알려진 미지의 물질과 차가운 암흑 물질(CDM)로 구성되어 있다고 가정한다. 여기서 “차가운”은 너무 빨리 움직이지 않는다는 것을 의미한다.

ΛCDM은 수많은 현상을 설명하고 예측하는 데 매우 성공적이었다. 그러나 여전히 암흑 물질과 에너지가 무엇인지 알지 못하며 일반 상대성 이론의 성공에도 불구하고 완전한 이론이 아니다. 따라서 ΛCDM이 궁극적으로 확장되거나 더 나은 이론으로 대체될 것으로 기대한다.