별 형성의 폭발은 우주 새벽의 신비한 밝기를 설명합니다
제임스 웹 우주 망원경이 촬영한 첫 번째 이미지는 과학자들을 놀라게 했습니다. 작은 은하들은 너무 밝고 거대하며 진화했기 때문에 빅뱅 직후에 형성된 것처럼 보이지 않습니다. 그것은 마치 어린아이가 몇 년 안에 어른이 되는 것과 비슷할 것입니다.
노스웨스턴 대학교(Northwestern University)가 이끄는 물리학자 팀은 새로운 시뮬레이션을 사용하여 이러한 은하가 이전에 생각했던 것보다 더 작을 수 있음을 발견했습니다. 최신 결과는 은하의 밝기는 일반적으로 질량에 따라 결정되지만 덜 질량이 큰 은하도 불규칙하고 눈부신 별 형성 폭발로 생성된 은하만큼 밝게 빛날 수 있음을 시사합니다.
이 새로운 연구는 젊은 은하가 믿을 수 없을 정도로 거대해 보이는 이유를 설명합니다.
연구를 주도한 Zhao Zhao Sun은 다음과 같이 말했습니다. “핵심은 짧은 시간 내에 시스템에서 충분한 빛을 재현하는 것입니다. 이는 시스템이 거대하거나 많은 양의 빛을 빠르게 생성할 수 있기 때문에 발생할 수 있습니다. 후자의 경우 시스템이 그렇게 거대할 필요는 없습니다. .만약 별 형성이… 폭발로 일어난다면, 그들은 빛의 섬광을 방출할 것입니다.이것이 우리가 매우 밝은 은하를 그렇게 많이 보는 이유입니다.
우주의 새벽은 빅뱅 이후 약 1억년에서 10억년까지 지속되는 기간이다. 특히 우주에서 최초의 별과 은하가 형성되는 것이 특징입니다.
제임스 웹 우주 망원경이 출시되기 전에 천문학자들은 이 고대 시대에 대해 거의 아는 바가 없었습니다. 제임스 웹 우주 망원경은 우주의 새벽에 관한 많은 지식을 가져왔습니다.
썬이 말했다. “제임스 웹 우주 망원경 이전에는 우주의 시작에 관한 대부분의 지식은 극소수 출처의 데이터를 기반으로 한 추측이었습니다. 관측 능력이 크게 증가함에 따라 은하에 대한 물리적 세부 사항을 볼 수 있고 강력한 관측 증거를 사용하여 연구할 수 있습니다. 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 물리학이 필요합니다.”
이 새로운 연구에서 과학자들은 첨단 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 빅뱅 직후 은하계가 어떻게 형성되었는지 모델링했습니다. 시뮬레이션으로 생성된 우주 새벽 은하계는 제임스 웹 우주 망원경으로 본 은하계와 똑같이 밝았습니다.
시뮬레이션은 FIRE(상대 환경에 대한 피드백) 프로젝트의 일부입니다. Faucher-Geière가 Caltech, Princeton University 및 UC San Diego의 공동 작업자와 공동 창립했습니다.
FIRE 시뮬레이션은 정교한 알고리즘과 천체 물리학 이론을 사용하여 은하의 형성을 시뮬레이션합니다. 과학자들은 이러한 모델을 사용하여 별에서 돌아오는 에너지, 질량, 운동량 및 화학 성분을 고려하면서 은하가 어떻게 생성되고, 진화하고, 모양이 변경되는지 조사할 수 있습니다.
과학자들은 시뮬레이션을 실행하여 “폭발성 별 형성”으로 알려진 개념인 폭발로 별이 형성된다는 사실을 발견했습니다. 별은 은하수와 같은 큰 은하계에서 끊임없이 형성되고 있으며, 그 수는 시간이 지남에 따라 점차 증가합니다. 그러나 소위 폭발적인 별 형성은 별들이 교대 패턴으로 시작하여 한 번에 많은 별이 형성되고 수백만 년 동안 극소수의 별이 나타났다가 다시 많은 별이 나타날 때 발생합니다.
Faucher Giguere는 이렇게 말했습니다. “폭발적인 별 형성은 질량이 작은 은하에서 특히 흔합니다. 이것이 일어나는 이유에 대한 자세한 내용은 여전히 진행 중인 연구의 주제입니다. 그러나 우리가 생각하는 것은 별의 폭발이 형성되고, 수백만 년 후에 그 별들이 형성된다는 것입니다. 가스는 방출되었다가 다시 새로운 별을 형성하여 별 형성 주기를 촉발합니다. 그러나 은하가 충분히 거대해지면 중력이 훨씬 더 강해집니다. 초신성이 폭발하면 가스를 밀어낼 만큼 강하지 않습니다. 시스템의 중력은 은하계를 하나로 묶어 안정된 상태로 만듭니다.
노스웨스턴 대학의 연구자들은 다른 천체물리학자들의 반대 가설에도 불구하고, 폭발적인 별 형성이 우주 새벽에 은하계의 놀라운 밝기의 원인이 될 수 있다는 것이 타당하다는 것을 보여주기 위해 처음으로 포괄적인 컴퓨터 시뮬레이션을 사용했습니다. 그들은 우주에 대한 우리의 현재 이해와 상충되는 새로운 요소를 도입하지 않고 이를 수행했습니다.
잡지 참조:
- Guochao Sun 외, 폭발하는 별 형성은 우주 새벽의 풍부한 밝은 은하를 자연스럽게 설명합니다. The Asphysical Journal Letters(2023). 디지털 ID: 10.3847/2041-8213/acf85a