은하가 초기 우주에 얼마나 있었고 얼마나 멀리 떨어져 있었는지 알 수 있습니까?
James Webb Space Telescope는 우리가 지금까지 본 것 중 가장 먼 초기 은하에 대한 관측을 포함하여 놀라운 우주 이미지를 제공하고 있습니다.
하지만 은하계가 실제로 그렇게 오래되었다는 것을 어떻게 알 수 있습니까?
138억년 된 우주는 실제로 우주의 나이가 약 3억 5천만년 미만일 때 존재했던 가장 멀리 떨어져 있고 따라서 가장 오래된 알려진 은하 중 4개에서 관찰된 것으로 실제로 확인되었습니다.
James Webb Space Telescope는 멀리 떨어진 초기 은하계를 발견하는 데 혼자가 아닙니다.
2022년 12월, Atacama Large Millimeter/Submmimeter Array는 유사한 고대 별 무리에서 희미한 전파 빛을 감지했습니다.
이 빛은 우주의 나이가 3억 6천만년 미만일 때 우리에게로 여행을 시작했습니다.
그러나 과학자들은 그들이 보고 있는 은하가 우주 역사의 초기 시대에서 그렇게 멀리 떨어져 있다고 어떻게 그렇게 확신할 수 있습니까? 우주에서는 거리를 측정하기 어렵기 때문에 이 은하들이 더 가깝고 현대적일 수 있을까요?
천문학자들이 우주 지평선 가장자리에 있는 은하계에서도 거리와 시간 측정을 확인할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다.
먼 곳을 들여다본다는 것은 왜 과거를 본다는 것을 의미할까요?
먼 곳을 들여다본다는 것이 시간을 되돌아본다는 뜻인 이유는 공간에서 시간과 거리의 연결은 빛이 순간적으로 이동하지 않는다는 점에서 비롯되기 때문이다.
즉, 우리가 보는 모든 물체는 아무리 가까이 있어도 과거의 어느 시점에서 본 것입니다.
지구상에서 가장 흔한 광원인 태양의 관점에서 생각하는 것입니다.
태양은 지구에서 약 9300만 마일, 즉 약 8.33광분 떨어져 있기 때문에 우리는 항상 약 8분 20초 과거의 태양을 봅니다.
태양이 갑자기 꺼지면 지구는 약 8분 동안 어둠에 빠지지 않을 것입니다.
지구보다 별에서 거의 20배 더 멀리 떨어진 하늘의 별에 대한 관찰자는 2시간 40분 동안 눈에 띄지 않게 됩니다.
적색편이란 무엇이며 나이와 거리를 어떻게 측정할 수 있습니까?
적색편이는 우주 팽창으로 인해 은하들이 서로 멀어지고 멀리 있는 물체일수록 더 빠르게 멀어지는 현상입니다.
그 결과 빛의 파장이 전자기 스펙트럼의 더 길고 붉은 주파수 쪽으로 “늘어납니다”.
은하가 멀리 떨어져 있을수록, 즉 시간을 거슬러 올라갈수록 원래의 가시광선은 근적외선, 심지어는 적색 사선으로 더 많이 이동합니다.
그렇기 때문에 제임스 웹 망원경은 적외선과 근적외선으로 우주를 관찰하고 아주 초기의 은하와 먼 은하를 볼 수 있는 가장 좋은 방법입니다.
초기 은하에는 광택이 없었습니까?
초기 우주는 산소와 질소와 같이 천문학자들이 “금속”이라고 부르는 무거운 원소가 거의 없는 수소와 헬륨의 바다였습니다.
초기 은하계의 초기 별들은 결합할 수 있는 무거운 원소가 많지 않았다는 의미인 “금속 부족” 상태였습니다.
천문학자들은 은하에서 나오는 빛의 스펙트럼을 보고 무거운 원소가 얼마나 풍부한지를 결정함으로써 보이는 우주의 나이를 결정할 수 있습니다.
금속이 부족하다면 초기 우주의 은하일 가능성이 높습니다.
즉, 초신성에서 스펙트럼의 적색 편이를 관찰하는 것은 우주 거리를 계산하는 좋은 방법이며 일부 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 우리가 은하를 얼마나 “최근”에 보고 있는지를 결정하는 데 도움이 됩니다.