JWST, 복잡한 유기 분자 120억 개의 빛 감지

과학자들은 빛의 중력 굴곡과 JWST의 엄청난 힘을 결합하여 지구에서 120억 광년 떨어진 은하계에서 다환방향족탄화수소(PAH)를 발견했습니다. 우리는 은하 SPT0418-47을 우주 나이의 10분의 1이던 시절의 모습으로 보고 있으며, 관측 결과 이 ​​은하에는 이미 무거운 원소와 상당히 복잡한 분자가 풍부했다는 사실이 밝혀졌습니다.

지구상에서 PAH를 발견하면 일반적으로 나쁜 징조입니다. 이 화합물 세트는 산불과 엔진의 배기 가스에서 생성되지만 일부는 살충제 및 다른 분자의 전구체로 사용됩니다. 우주에서 그것들을 찾는 것은 중요한 화학적 과정과 생명을 만드는 데 필요한 일부 성분을 나타내기 때문에 매우 다른 문제입니다.

우리 은하에서 PAH를 찾는 것은 일상적인 일이 되었지만, 초기 우주는 다른 문제입니다. 이제 새로운 논문이 이를 바꾸었습니다. 더욱이, 이 작업은 단순한 탐지 이상의 수준을 넘어섰습니다. SPT0418-47의 PAH 분포를 매핑함으로써 이 논문은 이와 같은 먼지가 많은 은하에서 나오는 적외선 방출이 별 형성에 의해 지배된다는 것을 보여줍니다.

별이 방출하는 방사선의 절반은 먼지 알갱이에 흡수되어 그 과정에서 가열되어 JWST가 감지할 수 있는 적외선 에너지를 다시 방출합니다. PAH는 우주에서 밀리미터 크기의 먼지 입자의 분포를 추적하며 그 존재를 드러내는 프록시 역할을 할 수 있습니다. 그들은 또한 성계 사이의 가스 냉각을 조절합니다.

대기는 지구 기반의 적외선 관측을 방해하며 JWST 우주 망원경 이전에는 매우 먼 은하에서 PAH 분포에 대한 전력 연구 기능이 부족했습니다. JWST와 함께 일리노이 대학 어바나-샴페인 대학원생 케다르 파드케(Kedar Phadke)와 호아킨 비에이라(Joaquin Vieira) 교수를 포함한 이 논문의 저자들은 큰 질량이 더 멀리 있는 물체의 빛을 집중시켜 확대하는 중력 렌즈의 극단적인 예를 사용했습니다.

SPT0418-47은 더 가까운 은하에 의해 중력 렌즈를 통해 렌즈가 없을 때보다 30~35배 더 크고 밝게 보입니다. 그러한 극단적인 렌즈 현상과 JWST의 힘의 조합만이 우리가 PAH가 방출하는 3.3 마이크로미터 파장 주위의 먼 은하를 매우 명확하게 볼 수 있게 해줍니다.

Phadke는 성명서에서 "이 연구가 지금 우리에게 말하고 있는 것은 우리가 JWST 이전에는 볼 수 없었던 작은 먼지 알갱이가 위치한 모든 지역을 볼 수 있다는 것"이라고 말했습니다.

PAH와 작은 입자의 분포는 원적외선 방출을 담당하는 큰 먼지 입자와는 다른 패턴을 나타내며, 이들 사이의 비율은 5배로 다양합니다.

또한 SPT0418-47에서 나오는 대부분의 적외선 복사는 퀘이사의 경우처럼 블랙홀 주변의 강착원반에서 나오는 것이 아니라 별에서 방출된다는 사실도 밝혀졌습니다.

비에이라는 "우리는 이것을 예상하지 못했다"고 말했다. "그렇게 먼 거리에서 이러한 복잡한 유기 분자를 탐지하는 것은 미래 관측에 있어 판도를 바꾸는 것입니다. 이 작업은 단지 첫 번째 단계일 뿐이며 우리는 이제 막 사용법과 그 기능을 배우고 있습니다. 우리는 어떻게 될지 매우 기대됩니다. 이게 해결됐어."

우리가 아직 모르는 한 가지는 SPT0418-47이 측정 방식으로 볼 때 이 시대의 전형적인 은하인지 아니면 특이치인지 여부입니다. 그 질문에 대답하려면 중력 렌즈를 사용할 수 있는 더 가까운 은하를 편리하게 배치하여 훨씬 더 많은 은하를 찾거나 JWST보다 훨씬 더 강력한 망원경을 만들어야 합니다.

이 연구는 Nature에 게재되었습니다.