천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)을 사용하여 지금까지 본 것 중 가장 먼 정지해 있는 은하, 즉 빅뱅 후 불과 7억 년 만에 별 형성을 멈춘 은하를 발견했습니다. 이것은 기존의 은하 진화 모델에 도전을 제기하는데, 그 이유는 그러한 거대한 '붉은 죽음' 은하가 어떻게 그렇게 일찍 형성되었는지를 설명할 수 없기 때문이다.
這個名為 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系將超過 100 億個太陽品質壓縮到一個只有 650 光年寬的空間中，這表明當今巨型橢圓星系的緻密核心可能形成得非常早。
초기 우주에서 은하들은 주변의 은하간 매질에서 가스를 흡수하고 그 가스를 새로운 별로 변환함으로써 성장했습니다. 은하의 질량이 증가함에 따라 가스를 더 효율적으로 끌어당겨 별 형성을 가속화할 수 있습니다. 그러나 이러한 성장이 영원히 지속되지는 않을 것입니다. 결국, 은하들은 "담금질(quenching)"이라고 불리는 과정을 거치는데, 이 과정에서 은하들은 별의 형성을 멈추고 실제로 성장을 멈춥니다.
오늘날 천문학자들은 우주에 있는 은하의 약 절반이 더 이상 별을 형성하지 않는다는 것을 발견했습니다. 이 은하들은 정지은하(stationary galaxies), 소멸된 은하(extinguished galaxies) 또는 "적색 사은하(red dead galaxies)"로 알려져 있다. 그들은 젊고 뜨겁고 푸른 별을 고갈시키고 더 오래되고 더 차갑고 붉은 별만 남았기 때문에 붉게 보입니다.
JWST/NIRSpec이 촬영한 세 가지 스펙트럼은 제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)에 탑재된 두 개의 기기인 JWST/NIRCam이 촬영한 이미지에 겹쳐집니다. 기록적인 은하들은 중간에 표시되어 있다. 이미지에서 빨간색으로 나타나고 스펙트럼이 왼쪽(단파장)으로 감소합니다. 비교를 위해, 상단과 하단 스펙트럼(파란색과 보라색)은 우주 역사에서 비슷한 시기의 전형적인 별 형성 은하를 보여줍니다. 출처: NASA/CSA/ESA, A. Weibel, PA Oesch(제네바 대학교), 루비 팀: A. Murphy de Graaff (MPIA 하이델베르크), G. Brammer (Niels Bohr Institute), DAWN JWST 아카이브
정지된 은하들은 가장 무거운 은하에서 특히 흔한데, 보통 타원형이다. 이 은하들은 보통 형성되는 데 오랜 시간이 걸리며, 처음에는 많은 수의 성단이 쌓이고 나서 별 형성이 멈춥니다. 그러나 은하의 멸종을 정확히 원인이 무엇인지는 천체물리학에서 풀리지 않은 가장 큰 의문 중 하나로 남아 있다.
"초기 우주에서 최초의 거대 정지은하(MQG)를 찾는 것은 그것들이 형성되었을 수 있는 메커니즘을 밝히기 때문에 매우 중요하다"고 제네바 대학 과학부 천문학과 부교수이자 논문의 공동 저자인 파스칼 외쉬(Pascal Oesch)는 말했다. 따라서 이러한 시스템에 대한 검색은 수년 동안 천문학자들의 주요 목표였습니다.
기술의 발전, 특히 근적외선 분광법의 발전으로 천문학자들은 점점 더 이른 우주 시대에 거대한 정지 은하(MQG)를 확인했습니다. 이들의 추정된 풍부함은 은하 형성에 대한 이론적 모델과 조화시키기 어려웠는데, 이 모델은 그러한 시스템이 형성되는 데 더 오랜 시간이 걸릴 것이라고 예측한다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 통해 이 긴장은 적색편이 12(빅뱅 후 0억 년)으로 밀려났고, 최근 몇 년 동안 여러 MQG가 확인되었습니다. 제네바 대학(University of Geneva)이 주도한 새로운 연구는 이 은하들이 이전에 생각했던 것보다 더 일찍 그리고 더 빨리 형성되었다는 것을 보여준다.
JWST Cycle 2에서 NIRSpec 장비를 사용한 유럽 주도 최대 프로젝트 중 하나인 Wide Area Project RUBIES(Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey)는 이전 JWST 이미징 데이터에서 새로 발견된 수백 개의 소스를 포함하여 수천 개의 은하의 스펙트럼 관측을 획득했습니다.
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 徹底改變了我們對早期宇宙的看法，揭示了巨大的星系在宇宙大爆炸後僅 7 億年就已停止形成恆星——比預測的要早得多。其強大的紅外能力使天文學家能夠在創紀錄的距離探測和研究這些意外“死亡”的星系。圖片來源：諾斯羅普·格魯曼
在這些新光譜中，科學家發現了迄今為止發現的最遙遠的 MQG，其光譜紅移為 7.29，距離大爆炸僅約 7 億年。NIRSpec/PRISM 光譜揭示了如此年輕的宇宙中恆星群的驚人古老。光譜和圖像數據的詳細建模表明，該星系在大爆炸後的前 6 億年內形成了超過 100 億（10 10）太陽品質的恆星，然後迅速停止恆星形成，從而證實了其靜止性質。
"RUBIES-UDS-QG-z100라고 불리는 이 은하의 발견은 우주 탄생 후 첫 10억 년 동안 지금까지 예측된 어떤 모델보다 0배 이상 더 많은 거대한 정지 은하가 있었다는 것을 의미합니다." 제네바 대학 과학부 천문학과 박사 과정 학생이자 논문의 제1저자인 안드레아 바이벨(Andrea Weibel)의 말이다. 이는 결국 항성풍의 영향, 별 형성과 거대 블랙홀에 의한 유출의 강도와 같은 이론적 모델의 핵심 요소를 재검토해야 할 필요가 있음을 시사합니다. 은하들은 이러한 모델들이 예측했던 것보다 훨씬 더 일찍 멸종했다.
마지막으로, RUBIES-UDS-QG-z5의 물리적 크기는 약 0광년으로 작은데, 이는 별의 질량 밀도가 높다는 것을 의미하며, 이는 적색편이가 약간 낮은 정지은하(z ~0-0)에서 관찰되는 가장 높은 중심 밀도와 비교할 수 있다. 이 은하들은 지역 우주에서 가장 오래되고 가장 무거운 타원 은하의 핵으로 진화할 가능성이 있습니다.
"처음으로 RUBIES-UDS-QG-z7의 발견은 근처의 일부 거대한 타원 은하의 중심이 우주의 처음 수억 년 전부터 존재했을 수 있다는 강력한 증거를 제공합니다." 라고 RUBIES 프로젝트의 수석 연구원이자 하이델베르크의 막스 플랑크 천문학 연구소의 박사 후 연구원이자 논문의 두 번째 저자인 Anna de Graaff는 결론을 내렸습니다.
編譯自/ScitechDaily