빅뱅 후 4억6천만 년 된 우주의 좁은 영역에 원시 구상 성단 5개가 형성되고 있는 모습이 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 포착됐다. 이는 지금까지 관측된 것 중 가장 오래된 구상 성단(globular cluster)으로 초기 우주의 은하 형성 과정에 대한 단서를 제공해줄 것으로 기대된다.

스웨덴 스톡홀름대 앤절라 아다모 교수가 이끄는 국제연구팀은 25일 과학 저널 네이처(Nature)에서 빅뱅 후 4억6천만년 시점의 우주에 있는 '코스믹 젬스 아크'(Cosmic Gems Arc)를 JWST로 정밀 관측, 그 속에서 지름 3.26광년 크기의 원시 구상 성단 5개를 발견했다고 밝혔다.

연구팀이 관측한 코스믹 젬스 아크는 지구에서 관측할 때 중력 렌즈 효과로 강하게 확대돼 보이는 먼 은하로 2018년 허블우주망원경(HST)에 처음 포착됐다. 과학자들은 이 젊은 은하를 연구하면 빅뱅 후 37만9천년 이후 수소 등 물질의 상변화가 일어난 재이온화(reionization) 시대에 은하가 형성된 과정을 살펴볼 수 있을 것으로 기대했으나 너무 멀어 정밀 관측이 어려웠다.

연구팀은 이 연구에서 JWST에 탑재된 근적외선 카메라(NIRCam)를 이용해 파장 0.8~5㎛ 범위를 포괄하는 근적외선 8개 밴드로 코스믹 젬스 아크 영역을 관찰했다.

그 결과 전체 지름이 228광년가량인 코스믹 젬스 아크 내에는 지름이 각각 약 3.26광년인 초기의 원시 구상 성단 5개가 존재하는 것으로 밝혀졌다. 이 원시 구상 성단들은 나이가 5천만년 미만이고 질량은 최대 태양의 100만배, 밀도는 일반적인 젊은 성단보다 3배 정도 높은 것으로 나타났다.

연구팀은 중력렌즈 모델의 불확실성을 고려하더라도 관측된 천체의 특성은 중력에 의해 결합한 원시 구상 성단과 일치한다며 이런 성단 형성 메커니즘이 빅뱅 10억년 후까지 이어진 재이온화 시대에 은하의 특성을 형성했을 것이라고 말했다.

◆ 출처 : Nature, Angela Adamo et al., 'Bound star clusters observed in a lensed galaxy 460 Myr after the Big Bang', https://www.nature.com/articles/s41586-024-07703-7