제임스 웹, 현재까지 가장 오래된 은하를 포착하다

과학기술

제임스 웹, 현재까지 가장 오래된 은하를 포착하다
[별들의 후손이 들려주는 천문학 이야기] 빅뱅 후 약 3억 년 후 형성된 은하 발견

2022.07.21 09:00 김민재 리포터

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현재까지 발견된 은하 중 가장 오래된 은하‘였던’ GN-z11

현재까지 발견된 은하 중(공식적으로) 가장 오래되었다고 알려져 있는 큰곰자리에서 발견된 불규칙 은하 GN-z11는 태양계에서 가장 멀리 떨어진 곳에서 발견된 은하이다.

관측된 적색편이 값은 11.09인데, 이를 거리로 환산하면 약 134억 광년으로 추정되고 있다. 이는 빅뱅 이후 약 4억 년 정도밖에 지나지 않은 시점에 탄생한 은하로 추정되고 있다.

현재까지 가장 오래된 은하로 여겨지던 GN-z11, 빅뱅 후 4억 년 정도밖에 지나지 않은 시점에 탄생했다. ⓒ Hubble/NASA

가장 오래된 은하의 또 다른 후보자들

하지만 지난봄 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터 연구팀과 일본 도쿄대 연구팀은 이보다 더 오래된 은하로 추정되는 HD1 은하를 발견했다고 알렸다. (관련 기사 링크 – ‘가장 오래된 은하의 발견, 우주의 첫 새벽을 밝혀’)

위 은하의 적색 편이값은 13.27이며, 이를 근거로 거리를 계산해보면 대략 134억 7천만 광년으로 추정된다. 이는 빅뱅 이후 약 3억 3천만 년밖에 지나지 않은 시기에 탄생한 것으로 여겨지고 있다.

하지만 위 천체는 별이 모여 있는 은하인지, 블랙홀인지 확실히 규명되지 않았다. 이외에도 적색편이 값이 11.9인 허블 딥필드 내 UDFj-39546284 은하도 태양계에서 가장 멀리 떨어진 은하로 의심받고 있다.

제임스 웹 우주망원경, 현재까지 우주에서 관측된 은하 중 가장 오래된 은하를 포착하다

위 은하들이 가장 오래된 은하로 최종 ‘확인’되기 위해서는 제임스 웹 우주망원경이 필요하다. 제임스 웹 우주망원경의 주요 목표 중 하나는 138억 년 전 빅뱅 직후 형성된 최초의 은하를 보는 것이기 때문이다. (관련 기사 링크 – ‘전설이 시작된다, 제임스 웹 우주 망원경 (2)’)

하지만 제임스 웹 우주망원경을 이용한 위 은하들의 관측이 시행되기도 전, 천문학자들은 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 현재까지 우주에서 관측된 은하 중 가장 오래된 은하를 포착하였다고 밝혔다.

사실 대다수의 천문학자들은 이러한 대발견이 가능하리라고 이미 예측하고 있었다. 하지만, 제임스 웹 우주망원경이 이런 천체들을 이렇게 쉽게 관측하리라고는 예측하지 못했을 것이다.

GLASS-z13은하

하버드-스미스소니언 천체물리학 센터(Harvard and Smithsonian Center of Astrophysics)의 천체 물리학자인 로한 나이두 박사(Dr. Rohan Naidu)가 이끄는 연구팀은 몇 주 전 GN-z11에 필적할 만한 새로운 은하를 발견했다고 발표했다.

GLASS-z13이라고 불리는 위 은하는 빅뱅 이후 약 3억 년 후에 형성된 것으로 추정된다. ⓒ JWST/NASA/Naidu et al. 2022

GLASS-z13(GN-z13)이라고 불리는 위 은하는 빅뱅 이후 약 3억 년 후에 형성된 것으로 추정된다. 연구팀은 GN-z13을 관측하던 도중 GN-z11도 발견했다.

GLASS-z13이라고 불리는 위 은하는 빅뱅 이후 약 3억 년 후에 형성된 것으로 추정된다. ⓒ JWST/NASA/Naidu et al. 2022

나이두 박사팀은 극도로 민감한 NIRCam 장비 덕분에 우주에 대한 관점이 완전히 바뀌었다고 설명하며, 위 은하들이 연구팀이 예측하는 거리에 존재하고 있다면 이들은 불과 빅뱅 후 몇억 년 후 시작된 천체라고 설명했다.

나이두 박사 관측팀은 GN-z13(아래)를 관측하던 도중 근처에서 또 다른 오래된 은하인 GN-z11(위)도 발견했다. ⓒ JWST/NASA/Naidu et al. 2022

별은 우리가 생각하는 시점보다 더 일찍 형성되었을 수도 있다

두 은하는 모두 태양의 10억 배에 달하는 질량을 지니고 있으며, 이는 빅뱅 이후 최대 5억 년 전의 은하에서만 나타날 것으로 예상되는 특징이다. 나이두 박사 관측팀은 이를 통해서 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 이전부터 별이 형성되었을 수 있다고 예측했다.

두 은하는 우리은하에 비해서 매우 작다. 우리은하의 지름은 약 100,000광년인데 비해 GLASS z-13 은하의 지름은 1,600광년이며, z-11는 2,300광년 정도로 관측된다.

덴마크 닐스 보어 연구소의 천문학자 가브리엘 브라머 박사(Dr. Gabriel Brammer)에 따르면 태양계로부터 두 은하까지의 거리와 두 은하 사이의 정확한 거리를 알기 위해서 더 많은 관측, 연구 그리고 분석이 필요하다고 밝혔다. 물론 이러한 관측은 제임스 웹 우주망원경으로만 가능하다.

“예측은 했지만, 이렇게 쉬울 것이라고 상상하지는 못했다”

나이두 박사는 제임스 웹 우주망원경이 미리부터 먼 은하를 볼 것이라고 확신했지만, 이렇게 쉽게 관측이 될 것이라고는 상상하지 못했다고 밝혔다. 제임스 웹은 이처럼 매우 강력하기에 이러한 천문학적인 대발견은 정기적으로 나오리라 예측된다.

또한, 나이두 박사는 최초의 은하와 별이 형성되었다고 믿는 빅뱅 이후 2억 년 정도에 형성된 은하를 제임스 웹 우주망원경을 통해 발견 하리라 예측하고 있다. 나이두 박사에 따르면 천문학에는 아직 해결되지 않은 수많은 문제들이 있지만, 이러한 발견들은 천문학의 가장 큰 의문점 중 하나인 우주에서 별의 형성이 언제 시작되었는지 말해줄 수 있을 것이라고 설명했다.

올해 초 허블 우주 망원경은 역사상 가장 멀리 떨어진 별을 관측했다. 에렌델(Earendel)이라고 불리는 이 별은 허블에 도달하는 데 자그마치 129억 년이 걸렸다.

허블이 발견한 에렌델(Earendel)이라고 불리는 이 별은 지구에서 가장 멀리 떨어져 있는 별이다. ⓒ Hubble/NASA

제임스 웹 우주망원경이 과거를 찾아서 떠난지 벌써 반년이나 흘렀다. 일주일전 아름다운 사진을 선물했던 (관련 기사 링크 – ‘제임스 웹 우주 망원경 첫 관측 결과를 공개하다’) 제임스 웹 우주망원경은 위 별에 관해서도 추가 관측을 실시할 계획이다. 제임스 웹 우주망원경이 허블보다 훨씬 더 민감하고 강력하다는 점을 고려할 때, 향후 관측 결과는 그야말로 엄청날 것으로 예측된다.

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