[아하! 우주] 제임스웹 망원경, ‘우주 첫 은하’ 형성 앞당겼다

138억 년 전 빅뱅 이후 우주에 나타난 첫 번째 은하는 과학자들이 생각했던 것보다 훨씬 일찍 형성되었을 수 있다는 가능성을 제임스웹 우주망원경이 보여주고 있음이 밝혀졌다.

미 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경은 빅뱅 직후 원시우주에 나타난 최초의 은하로 보이는 수십 개의 은하가 담긴 첫 과학품질 이미지 잡아냈다.

망원경의 초기 관측을 사용하여 천문학자들은 '매우 높은 적색이동'을 보이는 은하 무리를 찾아냈는데, 이는 이러한 은하가 우주에서 생각보다 더 일찍 형성되었음을 나타낸다.

미주리 대학의 성명에 따르면, 연구팀은 빅뱅 이후 약 2억~4억 년 후 우주에 처음으로 나타났을 가능성이 있는 87개의 은하를 발견했다.

미주리 대학의 천문학자이자 이번 연구의 주저자인 하오징 얀은 "우주의 초기 부분에서 그렇게 많은 수의 은하를 발견한 것은 우리가 은하 형성에 대한 이전의 견해를 수정해야 할 수도 있음을 시사한다"고 밝히면서 "우리의 발견은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 일찍 우주에서 많은 은하들이 형성되었을 수 있다는 첫 번째 징후를 제공한 것"이라고 덧붙였다.

연구팀은 웹 망원경이 포착한 적외선 촬영에서 적색이동을 찾았다. 이 방법을 통해 은하가 방출하는 빛의 파장에서 색상이 어떻게 변하는지 살펴봄으로써 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 측정할 수 있다.

얀은 성명서에서 "발광원이 우리를 향해 움직이면 빛의 파장이 '압축'되고, 그 짧은 파장은 청색이동을 보인다"고 설명하고, "그러나 그 광원이 우리에게서 멀어지면 그것이 생성하는 빛의 파장은 '늘어나' 적색이동을 보이게 된다"고 말한다.

138억 년 전 빅뱅 이후 우주는 끊임없는 팽창을 계속하고 있다. 즉, 우리은하의 외부에서 관찰되는 은하들이 우리에게서 계속 멀어지고 있다는 뜻이다. 적색이동이 높은 은하일수록 우리에게서 더 멀리 떨어져 있는 은하인 것이다.

그리고 멀리 떨어진 은하일수록 그 은하의 빛이 우리에게 도달하는 데 더 오랜 시간이 걸리며, 더 오랜 우주 초기에 형성된 은하이다. 따라서 매우 높은 적색이동을 보이는 은하를 찾는 것은 초기 우주에 대한 통찰력을 제공한다.

얀은 성명서에서 "빛의 속도는 유한하기 때문에 빛이 먼 거리를 이동하여 우리에게 도달하는 데 시간이 걸린다"면서 "예를 들어, 우리가 태양을 볼 때 현재의 모습이 아니라 약 8분 전의 모습을 보는 것이다. 태양 빛이 우리에게 도달하는 데 시간이 그만큼 걸리기 때문이다. 그래서 우리가 아주 멀리 있는 은하계를 볼 때 우리는 아주 오래 전의 그들의 이미지를 보고 있는 것"이라고 덧붙였다.

높은 적색이동(11 이상)을 보이는 물체는 적외선에 의해서만 감지될 수 있으며, 이것이 웹 망원경이 87개의 은하를 관찰하는 데 결정적인 역할을 한 이유이다. 이에 비해 허블 우주망원경은 자외선에서 근적외선까지만 볼 수 있어, 적색이동 11 너머에는 장님이나 다를 바 없다. 이것이 바로 천문학자들이 초기 우주의 은하들을 발견하지 못한 이유이다.

얀은 "우리가 사용한 데이터는 우주의 극히 작은 영역이기 때문에 이 발견은 빙산의 일각에 불과하다"라고 밝히면서 "나는 웹이 우주의 가장 깊은 부분에 대한 새로운 이미지를 계속 제공할 것이기 때문에 다른 천문학자 팀이 광대한 우주의 다른 곳에서 이와 유사한 결과를 발견할 것으로 기대한다"고 말했다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com