[우주를 보다] 과거로의 시간여행…120억 년 전 거대 은하 씨앗 발견

우리는 타임머신의 주인공처럼 미래로 시간 여행을 할 수는 없지만, 과거로의 시간 여행은 할 수 있다. 멀리 떨어진 별과 은하를 관측하면 그 거리만큼 먼 과거를 볼 수 있기 때문이다. 예를 들어 120억 광년 떨어진 은하를 관측한다면 120억 년 전 그 은하에서 출발한 빛을 이제 보는 것이기 때문에 120억 년 전 은하의 과거 모습을 보는 것이다. 이런 방법으로 일본과 유럽의 국제 과학자팀이 120억 년 전 거대 은하의 초기 모습을 관측하는 데 성공했다.

일본 국립 천문대(NAOJ) 및 도쿄 대학, 코펜하겐대학의 연구팀은 스바루 망원경을 이용해서 120억 광년 떨어진 거리에 있는 초기 은하의 모습을 포착했다. (사진) 이번에 포착한 은하는 우주에 있는 은하 가운데 가장 큰 질량을 지닌 은하인 거대 타원 은하(massive elliptical galaxies)의 초기 형태로 추정된다.

거대 타원 은하는 이름처럼 우주에서 가장 많은 별과 질량을 지닌 은하지만, 새로운 별의 생성은 매우 느린 나이든 은하다. 한 마디로 출산율이 낮아 고령화가 진행된 은하라고 할 수 있는데, 새로운 별이 적게 태어나도 은하가 자꾸 커졌다는 것은 어디선가 다른 곳에서 새로운 별이 공급된다는 의미다. 이를테면 출산율은 낮지만, 이민자가 계속 들어와 은하가 커졌다는 이야기다. 연구팀은 이번 관측을 통해 어떤 방식으로 이민자를 받아들였는지를 밝혀냈다.

이번에 발견한 은하는 거대 질량 은하의 씨앗에 해당하는 은하로 질량은 우리 은하와 비슷하지만 크기는 2%에 불과한 매우 조밀한 은하다. 120억 년 전 당시가 우주 나이에 13%에 불과한 초창기라는 점을 감안하면 상당히 큰 은하지만, 이 은하가 지금의 거대 타원 은하로 성장하기 위해서는 주변의 은하와 별을 흡수해서 더 커져야 한다.

그 방식에 대해서는 두 가지 가설이 있다. 하나는 큰 은하끼리 중력에 의해 합쳐져 거대 타원 은하가 되었다는 설명이고 다른 하나는 마치 눈덩이를 굴리면 점점 더 커지듯이 씨앗에 해당하는 은하가 중력으로 주변의 작은 은하를 계속 흡수 합병해 점점 커지면서 현재의 형태가 됐다는 것이다.

연구팀은 이번 관측을 포함해 여러 단계의 거대 타원 은하 관측 결과를 토대로 씨앗 은하가 작은 은하를 흡수 합병해 커졌다는 결론을 내렸다. 씨앗 은하는 작은 은하를 하나씩 집어삼키면서 점점 팽창해 질량이 5배 정도 커지는 동안 부피는 100배 정도 커진 것으로 추정된다. 그 비결은 역시 초반부터 큰 질량이다. 우리 속담에 ‘될성부른 나무는 떡잎부터 알아본다’라는 말이 있는 것처럼 은하 역시 처음부터 큰 질량을 지니고 있으면 강한 중력으로 주변의 작은 은하를 하나씩 흡수하면서 점점 더 크고 중력이 더 강한 은하로 성장한다. 우연의 일치지만, 어딘가 인간 세상과 비슷한 모습이다.

과학자들은 멀리 떨어진 은하를 통해 우주의 역사를 관찰하고 지금의 우주가 생성된 원인을 찾고 있다. 당연히 더 자세하게 과거를 조사하기 위해서는 더 강력한 망원경이 필요하다. 과학자들이 막대한 비용이 들어간 제임스 웹 우주 망원경을 비롯한 차세대 망원경에 기대를 거는 이유다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com