2011년 과학자들은 129억 광년 거리에서 엄청난 에너지를 내뿜고 있는 괴물 퀘이사를 발견했다. 앞서 말한 것처럼 퀘이사는 대부분 멀리 떨어져 있고 아주 밝지만, J1120+0641는 특히나 더 밝고 더 멀었다. 이 퀘이사는 지구에서 129억 광년이나 떨어져 있음에도 불구하고 지상 망원경으로도 관측할 수 있었다. 질량이 무려 태양의 20억 배에 달하는 초대형 블랙홀이기 때문이다.
지구에서 129억 광년이 떨어져 있다는 것은 빛이 지구에 도달하는 시간만큼 오래되었다는 뜻이다. 다시 말해 J1120+0641는 빅뱅 직후 7억 7000만년 밖에 되지 않은 아주 어린 거대 질량 블랙홀이다. 나이가 130억 년이나 된 우리 은하 중심 블랙홀이 태양 질량의 400만 배 정도인데, 이제 태어난 지 얼마 안 된 은하 중심 블랙홀이 이렇게 크게 성장했다는 것은 놀라운 일이다.
그러나 이 괴물 퀘이사는 과학자들에게 단지 놀라운 존재가 아니라 기존의 은하 생성 및 진화 이론에 도전장을 던지는 중대한 문제였다. 당연히 J1120+0641를 두고 과학자들 사이에서 많은 논쟁이 오갔다. 일부 과학자들은 가스와 먼지 때문에 관측에 오차가 생겨 블랙홀의 질량을 과대평가했다고 생각했고 다른 과학자들은 짧은 시간 안에 엄청난 물질을 흡수하는 이 블랙홀만의 비결이 있을 것으로 추측했다.
막스플랑크 천문학연구소(MPIA) 사라 보스만 박사는 제임스 웹 우주 망원경의 중적외선 관측기 (MIRI)를 이용해 J1120+0641에 대한 가장 상세한 관측을 진행했다. 제임스 웹 우주 망원경은 현재 인류가 가장 강력한 망원경인 데다, 중적외선 관측기는 가스와 먼지를 뚫고 관측하는 데 유리하기 때문에 과학자들은 이번 관측 결과에 큰 기대를 걸었다.
연구팀은 이 결과를 종합해 J1120+0641가 괴물처럼 커진 이유는 처음부터 컸기 때문이라고 판단했다. 다시 말해 태양 질량의 수배에서 수십 배 수준인 항성 질량 블랙홀이 커져서 생긴 블랙홀은 아니라는 이야기다. 그보다는 우주 초기의 고밀도 가스가 은하 중심에서 모여 처음부터 태양 질량의 수십만 배에 달하는 대형 블랙홀로 태어났고 그 중력으로 주변부 가스를 모두 흡수해 초대형 블랙홀로 진화했을 가능성이 높다.
이번 연구에서 볼 수 있듯이 제임스 웹 우주 망원경은 독보적인 관측 능력으로 과학자들이 오랜 세월 궁금해했던 문제에 대해 답을 주고 있다. 10조원 이상이 투입된 역사상 가장 비싼 망원경으로 논란도 있었지만, 이제는 비싼 몸값을 충분히 하고 있다는 것이 과학계의 중론이다. 앞으로도 제임스 웹 우주 망원경의 활약이 기대된다.
고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com