과학자들이 적색편이 4.3의 원시 클러스터 SPT2349-56에서 뜨거운 성단 내 가스를 직접 관측했으며, 이는 은하단 형성에 대한 기존 이론 모델에 이의를 제기하는 발견입니다. 연구팀은 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체(ALMA)를 사용하여 성단 내 매질(ICM)의 뜨거운 전자에 의해 우주 마이크로파 배경 광자가 산란되는 현상인 열적 순야에프-젤도비치(SZ) 효과를 감지했습니다. 학술지 네이처(Nature)에 보고된 이 관측 결과는 SPT2349-56의 중심부에 약 10^61 erg의 열에너지를 가진 상당한 양의 뜨거운 가스가 존재함을 나타냅니다.

이 발견은 은하단 조립의 초기 단계에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 우주에서 가장 큰 중력 결합 구조인 은하단은 ICM으로 알려진 막대한 양의 뜨거운 가스를 포함하고 있으며, 이는 은하단의 중입자 질량의 상당 부분을 차지합니다. 우주론적 시뮬레이션에 따르면 ICM의 질량과 온도는 가스가 여전히 조립 및 가열되는 과정에 있으므로 초기에는 감소해야 합니다. 그러나 이처럼 초기 시대(z=4.3)에 뜨거운 ICM이 관측되었다는 것은 상당한 가열 메커니즘이 예상보다 훨씬 일찍 작용했다는 것을 시사합니다.

연구원들은 네이처(Nature) 출판물에서 "이 측정은 중력만으로 생성될 수 있는 것보다 약 10배 더 많은 열에너지를 의미합니다."라고 언급하며 SPT2349-56의 ICM에서 예상치 못한 에너지 함량을 강조했습니다. 약 120억 광년 떨어진 곳에 위치한 이 원시 클러스터는 또한 약 100킬로파섹의 비교적 작은 영역 내에 많은 분자 가스 저장소와 3개의 전파가 강한 활동성 은하핵(AGN)을 보유하고 있습니다. 이러한 AGN은 강력한 유출과 복사를 통해 ICM 가열에 기여할 수 있습니다.

이번 발견의 핵심인 순야에프-젤도비치 효과는 은하단에서 뜨거운 가스를 탐지하는 강력한 도구입니다. 이는 ICM의 뜨거운 전자에 의한 우주 마이크로파 배경(CMB) 광자의 역 콤프턴 산란으로 인해 발생합니다. 이 산란은 CMB 스펙트럼에 약간의 왜곡을 일으키며, 이는 ALMA와 같은 민감한 전파 망원경으로 감지할 수 있습니다. SZ 효과의 강도는 ICM의 열압력과 직접적인 관련이 있으며, 이는 온도와 밀도를 측정하는 데 사용됩니다.

이 발견의 의미는 은하단의 형성과 진화를 지배하는 과정에 대한 우리의 이해로 확장됩니다. 뜨거운 ICM의 초기 존재는 AGN에서 나오는 것과 같은 피드백 메커니즘이 가스 가열에 이전보다 더 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 이러한 피드백 과정은 클러스터 내에서 별 형성을 조절하고 우주에서 물질의 전체적인 분포에 영향을 미칠 수 있습니다.

향후 연구는 ICM의 초기 가열이 일반적인 현상인지 아니면 SPT2349-56에만 고유한 현상인지 확인하기 위해 다른 고적색편이 원시 클러스터를 연구하는 데 초점을 맞출 것입니다. ALMA 및 기타 망원경을 사용한 추가 관측은 이러한 시스템에서 ICM의 특성을 파악하고 가열 원인을 식별하는 데 도움이 될 것입니다. 이러한 연구는 우주론적 시뮬레이션에 대한 귀중한 제약 조건을 제공하고 초기 우주에서 중력, 가스 역학 및 피드백 과정 간의 복잡한 상호 작용에 대한 우리의 이해를 개선하는 데 도움이 될 것입니다.