과학자들이 적색편이 4.3의 원시 클러스터 SPT2349-56에서 뜨거운 성단 내 가스를 직접 관측했으며, 이는 은하단 형성에 대한 기존 이론 모델에 이의를 제기하는 발견입니다. 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체(ALMA)를 사용하여 연구자들은 이 초기 은하 클러스터 내에서 뜨거운 가스의 특징인 열적 순야에프-젤도비치(SZ) 효과를 감지했습니다.

최근 네이처지에 게재된 이 관측 결과는 SPT2349-56의 중심부에서 약 10^61 erg의 열에너지를 보여줍니다. 이 에너지 수준은 중력만으로는 예상되는 것보다 약 10배 더 높습니다. 연구에 따르면 이는 클러스터 조립 초기에 상당한 가열 메커니즘이 작용하여 성단 내 매질(ICM)이 완전히 형성되기 전에 과열되었을 가능성이 있음을 시사합니다.

뜨거운(10^7 K) 가스로 구성된 성단 내 매질은 은하단 내의 대부분의 중입자, 즉 일반 물질을 포함합니다. 우주론적 시뮬레이션에서는 가스가 여전히 조립 및 가열 과정에 있기 때문에 ICM의 질량과 온도가 우주 초기에 감소해야 한다고 제안했습니다. 이 발견 이전에는 뜨거운 ICM의 확실한 탐지가 적색편이 2 이상의 시스템으로 제한되어 ICM 조립 시기와 메커니즘에 대한 불확실성이 남아 있었습니다.

적색편이 4.3에 위치한 SPT2349-56은 약 100킬로파섹에 걸쳐 있는 영역 내에 상당한 분자 가스 저장소와 3개의 전파 시끄러운 활동성 은하핵(AGN)을 보유하고 있습니다. 이러한 특징은 초기 클러스터 형성을 연구하기에 독특한 환경을 만듭니다. 이 원시 클러스터에서 SZ 효과가 감지됨으로써 상당한 가열이 예상보다 훨씬 일찍 발생할 수 있다는 직접적인 증거가 제공됩니다.

순야에프-젤도비치 효과는 우주 마이크로파 배경(CMB) 광자가 ICM의 뜨거운 전자에 의해 산란되어 CMB 스펙트럼이 왜곡되는 현상입니다. 과학자들은 이 왜곡을 측정하여 뜨거운 가스의 온도와 밀도를 추론할 수 있습니다.

이 프로젝트의 주요 연구원 중 한 명은 "이번 발견은 은하단 형성의 초기 단계에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다."라며 "현재의 이론 모델은 이 시스템에서 관찰된 급격한 가열을 설명하기 위해 수정해야 할 수도 있음을 시사합니다."라고 말했습니다.

이러한 결과는 초기 우주에서 은하와 대규모 구조가 형성된 방식에 대한 우리의 이해에 영향을 미칩니다. 이 초기 시대에 그렇게 뜨거운 ICM이 존재한다는 것은 AGN에서 나오는 것과 같은 피드백 과정이 이전 생각보다 은하와 클러스터의 성장을 조절하는 데 더 중요한 역할을 했을 수 있음을 시사합니다.

향후 연구에서는 SPT2349-56에서 관찰된 급격한 가열이 일반적인 현상인지 아니면 특이한 현상인지 확인하기 위해 다른 고적색편이 원시 클러스터를 연구하는 데 초점을 맞출 것입니다. ICM의 속성과 가열에서 AGN의 역할을 조사하기 위해 ALMA 및 기타 망원경을 사용한 추가 관측이 계획되어 있습니다. 이러한 연구는 우리가 오늘날 관찰하는 우주를 형성한 복잡한 과정에 대한 우리의 이해를 개선하는 데 도움이 될 것입니다.