133억광년 떨어진 은하, 회전운동 증거 발견
2022-07-08 08:04

4년 전 발견된 약 133억 광년 떨어진 은하 ‘MACS-1149-JD1’이 회전하고 있는 징후가 처음 포착됐다.

일본 와세다대학교 이공학부 토쿠오카 타케시 연구원이 이끄는 연구팀은 최근 논문을 내고 ‘MACS-1149-JD1’ 은하가 회전 운동하고 있다고 밝혔다. 따라서 ‘MACS-1149-JD1’은 관측 사상 가장 멀리서 발견된 회전 은하라는 게 연구팀 입장이다.

나선은하 및 막대나선은하처럼 원반 구조를 가진 은하들은 대개 회전 운동을 한다. 은하 원반의 회전속도는 초속 수백 ㎞(우리은하의 회전속도는 초속 약 220㎞)로 중력과 원심력이 서로 균형을 이루는 것으로 알려져 있다. 초기 우주 은하를 대상으로 한 지금까지 연구에서 129억년 전(빅뱅으로부터 9억년)의 은하도 회전하는 것이 확인됐다.

연구팀은 66개 전파 망원경으로 구성된 칠레 아타카마 사막의 알마(ALMA) 관측 결과를 해석, 사자자리 방향으로 약 132.8억 광년 떨어진 ‘MACS1149-JD1’ 은하가 회전 운동하고 있다고 결론 내렸다.

지구로부터 약 133억 광년 떨어진 은하 'MACS-1149-JD1' <사진=ALMA, 유럽남천천문대(ESO) 공식 홈페이지>

‘MACS1149-JD1’은 지름 약 3000광년(우리은하의 100분의 3), 질량은 태양의 10억개 분으로 추정된다. 측정된 회전속도는 초속 약 50㎞로 우리은하 등 후시대 은하와 비교해 낮았다. 때문에 연구팀은 은하의 회전운동이 막 발달하는 시점을 포착한 것으로 판단했다.

토쿠오카 타케시 연구원은 “과거 연구에 비춰보면, ‘MACS1149-JD1’은 빅뱅으로부터 2.5억년 후(135.5억년 전) 형성됐고, 빅뱅으로부터 5억년(133억년 전)이 지난 무렵 회전하는 은하 원반이 형성되기 시작한 것으로 보인다”며 “초기 우주의 은하가 회전하고 있었는지 파악하는 것은 은하의 형성에 관한 중요한 지식을 얻는 과정”이라고 설명했다.

이어 “만약 은하가 회전한다면 별의 재료가 되는 가스가 안정적·지속적으로 흘러들어가 별이 형성되고 은하가 완성됐을 것”이라며 “회전운동을 하지 않을 경우 작은 은하들이 충돌을 반복하는 격렬한 환경 하에서 은하가 형성됐다는 추측이 가능하다”고 덧붙였다.

‘MACS1149-JD1’ 은하는 제임스웹우주망원경의 첫해 관측 목표물 중 하나다. 연구팀은 제임스웹에 의한 ‘MACS1149-JD1’ 관측과 이번 성과를 계기로 ALMA를 사용한 동시대 다른 은하 관측이 촉진됨으로써 은하 형성의 전모가 밝혀질 것으로 기대했다.

이번 연구에서는 ALMA 망원경의 관측으로 얻은 산소 이온 가스 분포를 기초로 도플러 효과에 의한 파장 차이를 측정, ‘MACS1149-JD1’의 회전 속도를 알아냈다. 모든 관측 데이터는 ‘MACS1149-JD1’이 처음 발견된 2018년 10~12월 수집됐으며 이를 토대로 2019년 초 연구가 시작됐지만 복잡한 구조 탓에 이번 연구 성과가 나오기까지 2년이 더 소요됐다.

정이안 기자 anglee@sputnik.kr 

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