31년 2024월 XNUMX일
(나노 워크 뉴스) 지난 1년 반 동안 제임스 웹 우주 망원경은 빅뱅 직후 형성된 먼 은하계의 놀라운 이미지를 전달해 과학자들에게 초기 우주를 처음으로 엿볼 수 있게 했습니다. 이제 천체물리학자 그룹은 시간의 시작 근처에서 가장 작고 가장 밝은 은하를 찾아내지 않으면 과학자들은 암흑 물질에 관한 이론을 완전히 다시 생각해야 한다는 목표를 세웠습니다. UCLA 천체 물리학자들이 이끄는 팀은 빅뱅 이후 작은 은하의 형성을 추적하는 시뮬레이션을 실행했으며, 처음으로 이전에 무시되었던 가스와 암흑 물질 사이의 상호 작용을 포함했습니다. 그들은 생성된 은하가 이러한 상호작용을 고려하지 않은 일반적인 시뮬레이션에서보다 매우 작고, 훨씬 더 밝고, 더 빠르게 형성된다는 사실을 발견했으며, 대신 훨씬 더 희미한 은하를 드러냈습니다.
최초의 은하계는 직접 연구하는 것이 불가능한 암흑 물질의 중력이 별을 점화하기에 충분한 수소와 헬륨을 천천히 끌어당기면서 형성되었다고 생각됩니다.
그러나 UCLA 천체물리학자들이 주도한 새로운 연구에 따르면 빅뱅 이후 수소와 헬륨 가스는 밀도가 높고 천천히 움직이는 차가운 암흑 물질 덩어리에서 초음속으로 튀어올랐습니다. 수천년 후에 가스가 감소했을 때 별들이 한꺼번에 형성되어 작고 유난히 밝은 은하가 만들어졌습니다.
차가운 암흑물질의 모델이 정확하다면 제임스 웹 우주망원경은 초기 우주에서 밝은 은하의 조각을 발견할 수 있을 것이며 잠재적으로 암흑물질에 관한 이론에 대한 최초의 효과적인 테스트를 제공할 수 있을 것입니다. 그렇지 않다면 과학자들은 암흑물질 문제에 대해 처음부터 다시 생각해야 합니다.
제임스 웹 우주 망원경에서 가져온 거의 1,000개의 개별 이미지 파일로 구성된 XNUMX개 은하의 시각적 그룹인 스테판의 XNUMX중주(Stephan's Quintet)의 합성물입니다. UCLA 천체물리학자들은 차가운 암흑물질 이론이 옳다면 웹 망원경이 초기 우주의 작고 밝은 은하를 발견해야 한다고 믿습니다. (이미지: NASA) 왜소은하라고도 불리는 작은 은하들은 우주 전체에 존재하며 종종 최초의 은하 유형을 나타내는 것으로 생각됩니다. 따라서 작은 은하들은 우주의 기원을 연구하는 과학자들에게 특히 흥미로울 것입니다. 그러나 그들이 발견한 작은 은하가 그들이 찾아야 한다고 생각하는 것과 항상 일치하는 것은 아닙니다. 은하수에 가장 가까운 것들은 더 빨리 회전하거나 시뮬레이션에서만큼 밀도가 낮습니다. 이는 모델이 이러한 가스-암흑 물질 상호 작용과 같은 무언가를 생략했을 수 있음을 나타냅니다. 에 발표된 새로운 연구 천체 물리학 저널 편지 (“초음속 프로젝트: JWST UV 광도 기능의 희미한 끝을 밝히다”), 가스와 암흑 물질 상호 작용을 추가하여 시뮬레이션을 개선하고 이러한 희미한 은하가 우주 역사 초기, 즉 막 형성되기 시작했을 때 예상보다 훨씬 더 밝았을 수 있음을 발견했습니다. 저자는 과학자들이 Webb 망원경과 같은 망원경을 사용하여 예상보다 훨씬 더 밝은 작은 은하를 찾으려고 노력해야 한다고 제안합니다. 희미한 것만 발견한다면 암흑 물질에 대한 그들의 생각 중 일부가 틀릴 수도 있습니다.
암흑물질은 전자기나 빛과 상호작용하지 않는 가상의 물질의 일종이다. 따라서 광학이나 전기, 자기를 이용하여 관찰하는 것은 불가능하다. 그러나 암흑물질은 중력과 상호작용하며, 그 존재는 관측 가능한 우주 전체를 구성하는 일반 물질에 미치는 중력 효과로부터 추론되었습니다. 우주 물질의 84%가 암흑물질로 이루어져 있다고 알려져 있지만 직접적으로 검출된 적은 없다.
모든 은하계는 거대한 암흑 물질 후광으로 둘러싸여 있으며, 과학자들은 암흑 물질이 은하 형성에 필수적이라고 생각합니다. 천체 물리학자들이 은하 형성을 이해하기 위해 사용하는 "표준 우주론 모델"은 초기 우주의 암흑 물질 덩어리가 어떻게 중력을 통해 일반 물질을 끌어당겨 별을 형성하고 오늘날 우리가 보는 은하를 생성했는지 설명합니다. 차가운 암흑물질이라고 불리는 대부분의 암흑물질 입자는 빛의 속도보다 훨씬 느리게 움직이는 것으로 생각되기 때문에 이러한 축적 과정은 점차적으로 발생했을 것입니다.
그러나 13억 년 전, 최초의 은하가 형성되기 전에 빅뱅에서 발생한 수소와 헬륨 가스로 구성된 일반 물질과 암흑 물질은 서로 상대적으로 움직이고 있었습니다. 가스는 은하를 형성하기 위해 끌어당겼어야 할 더 느리게 움직이는 암흑 물질의 빽빽한 덤불을 지나 초음속의 속도로 흘러갔습니다.
UCLA 박사과정 학생이자 해당 논문의 첫 번째 저자인 Claire Williams는 “실제로 스트리밍을 고려하지 않은 모델에서는 정확히 이런 일이 발생합니다.”라고 말했습니다. "가스는 암흑 물질의 중력에 이끌려 수소 융합이 일어날 수 있을 만큼 밀도가 높은 덩어리와 매듭을 형성하여 태양과 같은 별을 형성합니다." 그러나 UCLA 물리학 및 천문학 교수 Smadar Naoz가 이끄는 미국, 이탈리아, 일본의 천체 물리학자 그룹인 Supersonic Project 팀의 Williams와 공동 저자는 암흑 물질과 일반 물질 사이의 서로 다른 속도의 스트리밍 효과를 추가했는지 알아냈습니다. 시뮬레이션 결과, 가스는 암흑물질로부터 멀리 떨어져 착륙하여 즉시 별을 형성하는 것이 방지되었습니다. 수백만 년 후 축적된 가스가 은하계로 다시 떨어졌을 때, 엄청난 양의 별 형성이 한꺼번에 일어났습니다. 이 은하에는 한동안 보통의 작은 은하보다 젊고 뜨겁고 빛나는 별이 더 많이 있었기 때문에 훨씬 더 밝게 빛났습니다.
윌리엄스는 “스트리밍이 가장 작은 은하계에서는 별 형성을 억제하는 반면, 왜소은하에서는 별 형성을 촉진해 왜소은하가 스트리밍되지 않는 우주 조각보다 더 빛나게 만들었다”고 말했다. “우리는 Webb 망원경이 이 속도로 인해 은하계가 더 밝고 고조되는 우주 영역을 찾을 수 있을 것으로 예상합니다. 그 은하들이 너무 밝아야 한다는 사실은 빅뱅 이후 375억 XNUMX만 년 후에는 일반적으로 탐지하기 매우 어려운 작은 은하들을 망원경이 더 쉽게 발견할 수 있게 해줄 것입니다.” 암흑물질은 직접적으로 연구하는 것이 불가능하기 때문에 초기 우주에서 밝은 은하 조각을 찾는 것은 지금까지 성과가 없었던 암흑물질 이론에 대한 효과적인 테스트를 제공할 수 있다.
“초기 우주에서 작고 밝은 은하 조각의 발견은 두 종류의 물질 사이의 속도만이 우리가 찾고 있는 은하의 유형을 생성할 수 있기 때문에 우리가 차가운 암흑 물질 모델을 올바른 방향으로 가고 있음을 확인시켜 줄 것입니다. "라고 천체 물리학과 Howard and Astrid Preston 교수인 Naoz는 말했습니다.
주요 요점
제임스 웹 우주 망원경에서 가져온 거의 1,000개의 개별 이미지 파일로 구성된 XNUMX개 은하의 시각적 그룹인 스테판의 XNUMX중주(Stephan's Quintet)의 합성물입니다. UCLA 천체물리학자들은 차가운 암흑물질 이론이 옳다면 웹 망원경이 초기 우주의 작고 밝은 은하를 발견해야 한다고 믿습니다. (이미지: NASA) 왜소은하라고도 불리는 작은 은하들은 우주 전체에 존재하며 종종 최초의 은하 유형을 나타내는 것으로 생각됩니다. 따라서 작은 은하들은 우주의 기원을 연구하는 과학자들에게 특히 흥미로울 것입니다. 그러나 그들이 발견한 작은 은하가 그들이 찾아야 한다고 생각하는 것과 항상 일치하는 것은 아닙니다. 은하수에 가장 가까운 것들은 더 빨리 회전하거나 시뮬레이션에서만큼 밀도가 낮습니다. 이는 모델이 이러한 가스-암흑 물질 상호 작용과 같은 무언가를 생략했을 수 있음을 나타냅니다. 에 발표된 새로운 연구 천체 물리학 저널 편지 (“초음속 프로젝트: JWST UV 광도 기능의 희미한 끝을 밝히다”), 가스와 암흑 물질 상호 작용을 추가하여 시뮬레이션을 개선하고 이러한 희미한 은하가 우주 역사 초기, 즉 막 형성되기 시작했을 때 예상보다 훨씬 더 밝았을 수 있음을 발견했습니다. 저자는 과학자들이 Webb 망원경과 같은 망원경을 사용하여 예상보다 훨씬 더 밝은 작은 은하를 찾으려고 노력해야 한다고 제안합니다. 희미한 것만 발견한다면 암흑 물질에 대한 그들의 생각 중 일부가 틀릴 수도 있습니다.
암흑물질은 전자기나 빛과 상호작용하지 않는 가상의 물질의 일종이다. 따라서 광학이나 전기, 자기를 이용하여 관찰하는 것은 불가능하다. 그러나 암흑물질은 중력과 상호작용하며, 그 존재는 관측 가능한 우주 전체를 구성하는 일반 물질에 미치는 중력 효과로부터 추론되었습니다. 우주 물질의 84%가 암흑물질로 이루어져 있다고 알려져 있지만 직접적으로 검출된 적은 없다.
모든 은하계는 거대한 암흑 물질 후광으로 둘러싸여 있으며, 과학자들은 암흑 물질이 은하 형성에 필수적이라고 생각합니다. 천체 물리학자들이 은하 형성을 이해하기 위해 사용하는 "표준 우주론 모델"은 초기 우주의 암흑 물질 덩어리가 어떻게 중력을 통해 일반 물질을 끌어당겨 별을 형성하고 오늘날 우리가 보는 은하를 생성했는지 설명합니다. 차가운 암흑물질이라고 불리는 대부분의 암흑물질 입자는 빛의 속도보다 훨씬 느리게 움직이는 것으로 생각되기 때문에 이러한 축적 과정은 점차적으로 발생했을 것입니다.
그러나 13억 년 전, 최초의 은하가 형성되기 전에 빅뱅에서 발생한 수소와 헬륨 가스로 구성된 일반 물질과 암흑 물질은 서로 상대적으로 움직이고 있었습니다. 가스는 은하를 형성하기 위해 끌어당겼어야 할 더 느리게 움직이는 암흑 물질의 빽빽한 덤불을 지나 초음속의 속도로 흘러갔습니다.
UCLA 박사과정 학생이자 해당 논문의 첫 번째 저자인 Claire Williams는 “실제로 스트리밍을 고려하지 않은 모델에서는 정확히 이런 일이 발생합니다.”라고 말했습니다. "가스는 암흑 물질의 중력에 이끌려 수소 융합이 일어날 수 있을 만큼 밀도가 높은 덩어리와 매듭을 형성하여 태양과 같은 별을 형성합니다." 그러나 UCLA 물리학 및 천문학 교수 Smadar Naoz가 이끄는 미국, 이탈리아, 일본의 천체 물리학자 그룹인 Supersonic Project 팀의 Williams와 공동 저자는 암흑 물질과 일반 물질 사이의 서로 다른 속도의 스트리밍 효과를 추가했는지 알아냈습니다. 시뮬레이션 결과, 가스는 암흑물질로부터 멀리 떨어져 착륙하여 즉시 별을 형성하는 것이 방지되었습니다. 수백만 년 후 축적된 가스가 은하계로 다시 떨어졌을 때, 엄청난 양의 별 형성이 한꺼번에 일어났습니다. 이 은하에는 한동안 보통의 작은 은하보다 젊고 뜨겁고 빛나는 별이 더 많이 있었기 때문에 훨씬 더 밝게 빛났습니다.
윌리엄스는 “스트리밍이 가장 작은 은하계에서는 별 형성을 억제하는 반면, 왜소은하에서는 별 형성을 촉진해 왜소은하가 스트리밍되지 않는 우주 조각보다 더 빛나게 만들었다”고 말했다. “우리는 Webb 망원경이 이 속도로 인해 은하계가 더 밝고 고조되는 우주 영역을 찾을 수 있을 것으로 예상합니다. 그 은하들이 너무 밝아야 한다는 사실은 빅뱅 이후 375억 XNUMX만 년 후에는 일반적으로 탐지하기 매우 어려운 작은 은하들을 망원경이 더 쉽게 발견할 수 있게 해줄 것입니다.” 암흑물질은 직접적으로 연구하는 것이 불가능하기 때문에 초기 우주에서 밝은 은하 조각을 찾는 것은 지금까지 성과가 없었던 암흑물질 이론에 대한 효과적인 테스트를 제공할 수 있다.
“초기 우주에서 작고 밝은 은하 조각의 발견은 두 종류의 물질 사이의 속도만이 우리가 찾고 있는 은하의 유형을 생성할 수 있기 때문에 우리가 차가운 암흑 물질 모델을 올바른 방향으로 가고 있음을 확인시켜 줄 것입니다. "라고 천체 물리학과 Howard and Astrid Preston 교수인 Naoz는 말했습니다.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64556.php
