[아하! 우주] 무려 134억 광년…우주에서 가장 먼 ‘최고령 은하’ 발견

천문학자들이 관측사상 우주에서 가장 먼 거리에 있는 은하, 곧 가장 오래 된 은하를 발견했다. 'GN-z11' 이라 불리는 이 은하는 별도의 이름은 아직 없지만, 현재까지 발견된 은하들 중에서는 최고령 은하로 등극한 가능성이 높은 것으로 알려졌다.

일본 도쿄 대학 천문학부 노부나리 가시카와 교수는 우주에서 가장 멀리 떨어진 은하를 찾아, 그 은하가 언제 어떻게 형성되었는지 연구해왔다. 가시카와 교수는 “선행 연구에서 GN-z11 은하는 관측사상 지구에서 가장 먼 은하로 추정되었는데, 그 거리는 무려 134억 광년으로 나왔다”면서 “이 엄청난 거리를 측정하고 결정하는 것은 결코 쉬운 일은 아니다”라고 덧붙였다. 참고로, 1광년은 약 10조㎞이므로, 134억 광년은 134 밑에 0이 30개가 붙는 어마무시한 거리다.

GN-z11 은하가 지구로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 그 거리를 결정하기 위해 가시카와 연구팀이 사용한 방법은 은하의 적색이동(redshift)이다. 적색이동이란 일종의 도플러 효과(Doppler effect)로, 가시광을 포함한 전자기파를 방출하는 물체가 파의 진행 방향과 반대 방향으로 운동할 때 파장이 길어지는 현상이다. 가시광 영역에서 파장이 길어지면 스펙트럼 상에서 붉은색 쪽으로 치우쳐져 보이기 때문에 적색이동이라 불린다. 일반적으로 천체가 우리로부터 멀어질수록 적색이동 값이 커진다.

천체가 방출하는 빛을 분석하면 그 화학적 특성을 알아낼 수 있는데, 연구팀은 GN-z11 은하가 방출하는 빛을 면밀히 분석한 결과, 그 빛이 얼마나 먼 거리를 이동해왔는지 추정할 수 있는 도구를 얻을 수 있었다.

“우리는 특히 자외선 영역을 자세히 들여다보았는데, 이는 해당 은하의 화학적 특성을 발견할 수 있는 전자기 스펙트럼 영역이기 때문”이라고 설명하는 가시카와 교수는 “허블 우주망원경은 GN-z11 스펙트럼에서 여러 차례 이 신호를 감지한 바 있다”고 덧붙였다.

이어 “하지만 허블 망원경조차도 이 은하가 방출한 자외선을 충분히 분석할 수가 없었기 때문에 우리 연구팀은 지상 기반의 첨단 분광기인 MOSFIRE를 동원했다”고 밝혔다. 이 분광기는 하와이 케크 I 망원경에 장착되어 있다. 이 장비를 사용함으로써 연구팀은 GN-z11 은하가 방출하는 빛을 보다 자세히 분석할 수 있었으며, 이 발견이 또 다른 관측으로 확인된다면 GN-z11 은하는 관측사상 우주에서 가장 먼 최고령 은하로 등극할 것으로 보인다.

이번 연구논문은 ‘네이처 아스트로노미’ 저널 12월 14일자에 발표되었다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com