[아하! 우주] 은하들은 예상보다 빨리 나타났다!

스피처 우주망원경이 은하들의 나이를 밝힌다.

스페이스닷컴 보도에 따르면 천문학자들이 나사(NASA, 미국항공우주국)의 스피처 우주망원경을 사용해 우주 초창기 은하들이 얼마나 빨리 생성됐는가를 계산하고 있다.

지금까지 반쯤 완성된 이 성과물은 138억 년 전, 출발한 우주가 막 기지개를 켤 무렵에 태어난 수백 개의 거대 은하(우리 은하 질량의 약 100배)들이다. 하지만 이런 상황은 우주의 역사에서 거대 은하들이 그처럼 빨리 등장하게 된 것에 관해 설명하라는 압박에 시달리는 천문학자들에겐 하나의 딜레마를 안겨주고 있다.

스피처 망원경은 이제 지구로부터 수십억 광년 떨어진 흐릿한 은하를 탐색하는 3개월에 걸친 대장정에 오를 참이다.

연구를 이끈 나사의 적외선처리·분석센터(IPAC)의 찰스 스타인하트 박사는 “은하 탐색 작업을 우주라는 바다에서 은하를 낚아올리는 낚시에 비긴다면 우리는 예상대로 깊은 수심에서 큰 물고기들을 발견했다고 할 수 있다”고 논문을 통해 밝혔다.

이 프로젝트는 ‘스플래시’(SPLASH: Spitzer Large Area Survey with Hyper-Suprime-Cam)라는 별칭으로 불리고 있다. 연구자들은 우리 은하의 별 밀집지역으로부터 멀리 떨어진 두 개의 어두운 구역에다 망원경 주경을 고정하고 2,475시간을 들여 정밀 관측할 계획을 세워두고 있다.



예전에 이미 탐사의 발길이 미친 적이 있는 우주의 이 영역은 ‘우주진화탐사’(COSMOS, Cosmic Evolution Survey) 또는 ‘스바루-XMM 뉴턴 딥필드’(SXDS)라는 명칭을 갖고 있다. 각 구역의 크기는 보름달 크기의 8배, 곧 4도 크기이다. 스피처 망원경의 적외선 파장으로 관측하면 은하의 물질을 볼 수가 있다.

확립된 별 형성 모델에 따르면, 초창기의 은하들이 서로 격렬하게 충돌함으로써 몸집을 키워갔으며, 그 과정에서 별들이 폭발적으로 늘어났다는 것이다. 어쨌든 이런 진행과정이 거대 은하들이 생성될 만큼 그렇게 급속하게 이루어지지는 않았다고 천문학자들은 이해하고 있다.

현재 스피처 망원경이 보고 있는 과거는 우주 탄생 후 8억 년에서 16억 년 사이의 시간이다. 우주에서는 시간은 곧 공간이다. 따라서 스피츠는 8억 광년에서 16억 광년 거리의 장면을 보고 있다는 말이다.

최초의 은하는 기존에 과학자들이 생각했던 것보다 빨리 나타난 듯하다. 천문학자들은 우주가 출발한 빅뱅 이후 5억 년쯤부터 은하들이 형성되기 시작했을 거라고 보았지만, 이번 탐사에 따르면 그보다 1억 년이 앞당겨진 4억 년 이후부터 은하들이 생성되기 시작한 것으로 나온다.

물론 다른 학설도 있다. 연구에 참여한 미국 하버드대학의 조시 스피걸 박사는 “그처럼 많은 물질이 신속하게 은하를 형성했다는 것은 정말 어려운 일”이라면서 “은하들이 형성하기 시작한 순간부터 끊임없이 별들을 생산해냈다고 생각할 수 있다”고 설명했다.

과연 초창기의 우주 공간에 거대 은하들이 그처럼 빨리 모습을 드러냈을까? 스피처 망원경의 대장정이 끝났을 때 은하에 대해 어떤 계산서가 나올 것인가가 기다려지는 대목이다.

어쨌든 최초의 은하가 우주에 나타난 것은 과학자들이 생각했던 것보다 훨씬 이른 시간이었음은 분명한 듯하다. 그렇다면 우리 은하의 나이도 기존에 생각했던 132억 년보다 상향 조정될 수 있음을 시사하는 것이다.

이광식 통신원 joand999@naver.com