JWST, 예상치 못한 젊은 탄소 발견

Mar 05, 2024

우주에서 온 이 베이비파우더에는 의외로 탄소가 풍부합니다.

존 켈비(Jon Kelvey) | 게시일: 2023년 7월 19일 오전 11시 30분(EDT)

우주는 먼지가 많은 곳이다. 우주 입자의 크기는 단일 대형 분자 크기부터 육지 모래 알갱이보다 약간 더 클 수 있으며, 이는 수 광년 너비의 파도치는 구름에 축적될 수 있습니다. 일반적인 과학적 이해는 먼지가 수억 년에 걸쳐 별과 초신성에 의해 생성되어 점차적으로 쌓인다는 것입니다. 먼지는 일반적으로 성숙한 은하의 고정물이라고 천문학자들은 그렇게 생각했습니다.

그러나 수요일 네이처(Nature) 저널에 발표된 새로운 논문에서 천문학자들은 빅뱅이 일어난 지 불과 8억 년 후에 젊은 먼 은하계에서 탄소 함량이 높은 특정 유형의 우주 먼지를 발견했습니다. 이러한 축적은 현재의 먼지 형성 이론이 제시하는 것보다 훨씬 일찍 일어났습니다. 이는 천문학자들이 초기 우주에서 별의 생성과 은하의 진화를 이해하는 방법, 그리고 궁극적으로 그 젊은 우주가 오늘날 우리가 알고 있는 우주로 성장한 방법을 이해하는 방식을 바꿀 수 있는 발견입니다.

오랫동안 천문학자들은 소파 밑에 있는 먼지 토끼를 보는 것처럼 우주 물질을 귀찮은 존재로 다루었습니다. 과학자들은 거대한 우주 먼지 구름 너머를 보려고 노력했고, 그 자체로는 연구 대상이라기보다는 장애물처럼 다루었습니다. "대부분의 천문학자들이 그것과 상호 작용하는 방식은 [먼지]가 실제로 우리가 관찰하려는 많은 빛을 흡수한다는 것입니다."라고 케임브리지의 Kavli 우주론 연구소의 박사후 연구원이자 수석 연구 저자인 Joris Witstok은 말합니다. 영국에서.

그러나 적외선을 사용하여 구름을 볼 수 있는 NASA의 James Webb 우주 망원경과 같은 관측소 덕분에 최근 몇 년 동안 상황이 바뀌었습니다. 과학자들은 또한 탄소, 규소 및 기타 물질의 작은 조각이 새로운 별의 형성과 같은 우주의 대규모 과정을 담당한다는 사실을 깨닫고 먼지 자체의 가치를 높이 평가하게 되었습니다.

"예를 들어 은하수에는 새로운 별이 형성되는 장소가 있는데 먼지가 매우 많습니다"라고 Witstok은 말합니다. "거대한 가스와 먼지 구름이 있고 먼지는 가스가 냉각되고 수축되어 새로운 별을 형성하는 데 실제로 도움이 됩니다."

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초기 우주에 먼지가 없었다는 것은 아닙니다. Witstok에 따르면 이전 연구에서는 초기 우주의 은하계에서 대량의 먼지가 발견되었다고 합니다. 천문학자들은 이 초기 먼지에 관심을 갖고 있는데, 그 이유는 별이 수소보다 무거운 최초의 원소를 생성하기 시작한 시기를 나타내기 때문입니다.

Witstok은 "처음에 유일하게 존재했던 수소를 탄소, 산소와 같은 더 무거운 원소로 변환하기 시작한 최초의 별"이라고 말합니다.

큰 원시별은 생애 주기가 끝날 무렵이나 초신성 폭발 중에 죽으면서 이러한 무거운 원소로 만들어진 막대한 양의 먼지를 배출했을 수 있습니다.

그러나 이전 연구에서는 그렇게 초기에 탄소 함유 먼지(탄소가 풍부하다는 의미)를 감지할 수 없었습니다.

"여기서 정말로 새로운 발견은 우리가 보고 있는 먼지 알갱이의 유형을 정확히 찾아낼 수 있다는 것입니다"라고 Witstok은 말했습니다. ”실제로 우리가 알 수 있는 것은 매우 짧은 시간에 특히 이러한 탄소 먼지 입자를 생성하는 무언가가 있다는 것입니다. 그리고 바로 여기에 놀라움이 있습니다.”

우리은하 내에서 지구에 더 가까운 먼지를 분광학적으로 관찰함으로써 이러한 발견이 가능해졌습니다. 분광학은 빛을 스펙트럼으로 분해하고 다양한 원소 및 화합물과 관련된 특정 파장에서 흡수된 빛의 명백한 징후를 찾습니다. 마치 독특한 무지개를 읽는 것과 같습니다.

탄소성 먼지는 스펙트럼의 자외선 부분에 위치하는 파장인 217.5나노미터의 파장에서 분광학적 "범프"를 생성합니다. 적어도 그것은 수십억 년 전에 고향 은하계를 떠날 때 빛의 파장입니다.