오른쪽에서 왼쪽으로 시간이 흐르면서이 시각화는 우주의 우주 새벽 이후 중성 수소의 안개에서 첫 번째 별이 형성되는 것을 보여줍니다.
(이미지 : © NASA / STScI)
Paul Sutter는 Ohio State University의 천체 물리학 자이자 COSI 과학 센터의 수석 과학자입니다. Sutter는 Ask a Spaceman 및 Space Radio의 호스트이며 전 세계 AstroTours를 이끌고 있습니다. Sutter는이 기사를 Space.com의 Expert Voices : Op-Ed & Insights에 기고했습니다.
아마도 지난 100 년 동안 우주를 연구 한 가장 큰 계시는 우리 집이 시간이 지남에 따라 변하고 진화한다는 것입니다. 그리고 별이 움직이는 것과 같은 사소하고도 중요하지 않은 방법, 가스 구름 압축 및 격렬한 폭발로 죽어가는 거대한 별이 아닙니다. 아닙니다. 우리의 전체 우주는 먼 과거에 근본적인 성격을 두 번 이상 바꾸어 세계적, 즉 보편적 인 규모로 내부 상태를 완전히 바꿨습니다.
예를 들어, 안개가 자욱하고 과거가 기억 나지 않는 과거에는 별이 없었다는 사실을 생각해보십시오.
첫 번째 빛 전에
우리는 우주 전체를 흡수하는 약하지만 지속적인 방사선의 욕조 인 우주 전자 레인지 배경 (CMB)의 존재로 인해이 간단한 사실을 알고 있습니다. 임의의 광자 (약간 빛)가 발생하는 경우 CMB에서 비롯 될 가능성이 높습니다. 즉, 빛이 우주의 모든 방사선의 99.99 % 이상을 차지합니다. 우주가 단지 27 만 년이되었을 때부터 남은 유물입니다. 뜨겁고 으르렁 거리는 플라즈마에서 중성 수프 (양 또는 음전하가없는)로 전환되었습니다. 이 전환은 138 억 년 동안 백열 복사를 방출하여 냉각되고 마이크로파로 확장되어 오늘날 감지 할 수있는 배경 조명을 제공합니다. [우주 전자파 배경 : 빅뱅 유물 설명 (Infographic)]
CMB가 출시 될 당시 우주는 현재 부피의 약 백만 분의 1,000도 더 뜨겁습니다. 밀도 차이는 10 만 분의 1 정도로 크지 않고 거의 완전히 균일했습니다.
따라서 별이 행복하게 존재할 수있는 상태가 아닙니다.
암흑 시대
CMB가 출시 된 후 수백만 년 동안 (이전 시대의 역사적 오해로 인해 천문학 분야에서 "재조합"으로 알려진) 우주는 이상한 상태에있었습니다. 백열 방사선의 지속적인 목욕이 있었지만, 우주가 불가피한 팽창을 계속함에 따라 그 방사선은 빠르게 냉각되었다. 물론 암묵적인 문제가 있었으며 자체 사업을 염두에 두었습니다. 그리고 현재 거의 중성 가스 인 거의 전적으로 수소와 헬륨이 마침내 방사선과의 투쟁에서 풀려 나서 마음대로 할 수있었습니다.
그리고 기뻐했던 것은 가능한 한 많은 것들과 어울리는 것이 었습니다. 고맙게도, 그것은 매우 열심히 일할 필요가 없었습니다. 초창기 우주에서, 미세한 양자 변동은 밀도의 작은 차이로 확대되었습니다 (그리고 왜 그런 일이 또 다른 날의 이야기인지). 이러한 작은 밀도 차이는 더 큰 우주 팽창에 영향을 미치지 않았지만, 그 중성 수소의 삶에 영향을 미쳤습니다. 평균보다 약간 더 조밀 한 패치 (작은 작은 비트라도)는 이웃에 대해 약간 더 강한 중력을 가졌습니다. 그 증가 된 끌어 당김은 더 많은 가스를 파티에 참여 시켰으며, 이는 중력 적 인 줄다리기를 증폭시켜 더 많은 이웃을 격려했습니다.
수백만 년 동안 부유 한 가스는 더욱 풍성 해지고 가난한 가스는 더 나빠졌습니다. 단순한 중력을 통해 작은 밀도 차이가 커지면서 물질의 첫 덩어리가 쌓이고 주변이 비워졌습니다.
"우주 새벽"이 깨짐
어딘가, 어딘가에서 중성 수소 덩어리가 운이 좋았습니다. 압도적 인 층 자체의 말뚝 층, 가장 안쪽의 핵심은 임계 온도와 밀도에 도달하여 원자 핵을 복잡한 패턴으로 강제로 만들어 핵 융합에서 점화되고 원료를 헬륨으로 변환합니다. 그 사나운 과정은 또한 약간의 에너지를 방출했으며, 순식간에 첫 번째 별이 탄생했습니다.
빅뱅 첫 12 분 이후 처음으로, 우리 우주에서 핵 반응이 일어났다. 우주를 도는 새로운 빛의 근원은 방사선으로 한 번 빈 공극을 침수시켰다. 그러나이 중대한 사건이 언제 일어 났는지 정확히 알 수 없습니다. 이 시대의 관측은 대단히 어렵다. 첫째, 광대 한 우주적인 거리는 가장 강력한 망원경조차도 첫 번째 빛을 관측하지 못하게합니다. 더 나쁜 것은 초기 우주는 거의 완전히 중립적이며 중립 가스는 처음에는 많은 빛을 방출하지 않는다는 것입니다. 여러 세대의 별들이 은하를 형성하기 위해 서로 붙어 붙일 때까지이 중요한 시대에 대한 희미한 힌트를 얻을 수 있습니다.
우리는 첫 번째 별이 우주의 처음 몇억 년 안에 어딘가에 형성되었다고 생각합니다. 우리는 은하, 활동 은하 핵, 심지어 은하단의 시작까지도 직접 관찰 할 수있다. 결국 우주에서 가장 큰 구조이다. 그들보다 언젠가는 첫 우주에 도착해야했지만 너무 이른 것은 아니었다. 왜냐하면 유아 우주의 열악한 조건이 그들의 형성을 막았 기 때문이다.
수평선 위로
다가오는 James Webb Space Telescope는 초기 우주에서 풍부한 데이터를 제공하면서 초기의 은하계를 정밀하게 찾아 낼 수 있지만 망원경의 좁은 시야는이 시대의 전체 그림을 제공하지는 않습니다. 과학자들은 가장 초기 은하들 중 일부가 최초의 별, 또는 별 자체의 잔해를 포함하기를 희망하지만, 우리는 기다려야 할 것입니다.
우주의 새벽을 여는 또 다른 방법은 놀라운 중성 수소를 이용하는 것입니다. 전자와 양자의 양자 스핀이 무작위로 뒤집 히면, 수소는 21 센티미터의 매우 특정한 파장의 방사선을 방출합니다. 이 방사선은 우리가 현대의 은하수에서 중성 수소 주머니를 그려 낼 수있게하지만, 우주 새벽 시대까지의 먼 거리는 완전히 다른 도전을 제기합니다.
문제는 오래 전부터 우주가 확장되어 모든 은하계 방사선이 더 긴 파장으로 확장되는 것입니다. 오늘날, 그 원시 중성 수소 신호는 약 2 미터의 파장을 가지며, 신호를 무선 대역에 단단히 배치합니다. 그리고 초신성, 은하 자기장, 위성과 같은 우주의 많은 다른 것들도 같은 주파수에서 상당히 시끄럽기 때문에 우주 초기의 희미한 신호를 가리지 않습니다.
전 세계에는 그 육즙이 많은 우주의 새벽 신호에 귀를 기울이고, 현재의 코코 포니에서 원시적 인 속삭임을 찾아 내고, 첫 번째 별의 탄생을 밝히려는 여러 임무가 있습니다. 그러나 지금은 기다려야 만합니다.
"어떻게 우주의 새벽을 깨웠습니까?"에피소드를 들으면서 자세한 내용을 알아보십시오. iTunes 및 웹 (http://www.askaspaceman.com)에있는 Ask A Spaceman 팟 캐스트에서 이 작품으로 이어진 질문에 대해 Joyce S.에게 감사드립니다! 트위터에서 #AskASpaceman을 사용하거나 Paul @ PaulMattSutter와 facebook.com/PaulMattSutter를 따라 자신의 질문을하십시오. @Spacedotcom, Facebook 및 Google+를 팔로우하십시오. Space.com의 원본 기사.
