작자：사성(謝誠)
【정견망 2009년 11월 17일】
현대 천문학자들이 인정하는 우주 대폭발 이론에 따르면 우주는 지금부터 약 137억 년 전에 탄생했다. 탄생 후 최초 수십만 년 동안 우주는 뜨거운 열로 뒤덮여 빛조차 빠져나올 수 없었다. 때문에 이 시기는 빛을 포함해 아무런 흔적도 남아 있지 않기 때문에 관찰이 불가능하다.
대폭발 약 40만 년이 지난 후 우주의 온도가 점차 낮아지면서 전자와 양성자가 결합해 중성 수소원자를 만들기 시작했고 혼돈상태가 점차 뚜렷해지기 시작했다. 대폭발 후 10억년 정도의 시간이 흐른 후 중성수소가 최초의 은하 중에서 별을 생성하기 시작했다. 중성수소는 에너지를 복사할 수 있어 수소를 다시 이온상태로 만들 수 있는데 이것이 바로 천문학자들이 말하는 재이온화시기(reionization period)에 해당한다.
천문학자들은 이 시기가 대략 대폭발 10억년 정도에 끝났다고 여기는데 최초의 별과 은하가 언제부터 빛을 냈는지 정확한 시간에 대해서는 아직 모른다. 그들은 또 재이온화시기가 점진적으로 이뤄졌는지 아니면 한순간에 완성되었는지도 모른다.
이 문제에 대한 답을 얻기 위해 카네기 천문대(Carnegie Observatories)의 마사미 오우치(Masami Ouchi) 박사가 이끄는 관측팀은 아득히 먼 초기 은하를 관측할 수 있는 새로운 기술을 적용했다.
“탈락하는(Dropout)” 은하
오우치는 “우리는 “탈락하는 은하들”을 찾았습니다. 다시 말해 순차적으로 파장이 길어지는 필터를 이용해 어느 은하가 어떤 필터에서 탈락되는지 관찰한 것입니다.” 이렇게 하면 특정한 파장에서 탈락된 은하의 경우 그 거리와 나이를 파악할 수 있다.
오우치와 그의 동료들은 전보다 백배 이상 큰 영역을 대상으로 연구를 진행해 방대한 자료를 얻었다. 이들은 2006년부터 2009년까지 3년 동안 8.3미터 직경의 거대한 하와이 세바루(Subaru) 망원경을 사용해 관측했다.
오우치 팀은 자신들의 관측결과를 은하의 밀도와 밝기에 관한 다른 자료들과 비교해 별의 생성 속도를 추론했다. 그 결과 우주 대폭발이 있은 후 8억에서 10억년 사이에 최초의 별들이 생성되었다는 결론을 얻었다.
이들의 계산에 따르면 초기 우주 시대에는 별의 생성율이 낮았기 때문에 이온화율이 아주 낮았다.
오우치는 “우리는 이온화율이 이렇게 낮은 것을 보고 깜짝 놀랐습니다. 이는 나사 WMAP 위성에서 결론 내린 대폭발 6억년 후에 재이온화가 시작했다는 것과 모순되기 때문입니다.”
“우리는 이 수수께끼가 초기 은하에서 보다 효율적이었던 전리광자(ionizing photon ) 생성율로 설명할 수 있다고 봅니다. 당시 거대한 별들의 생성은 아마 지금의 은하보다 훨씬 활기차게 진행되었을 겁니다. 소수의 거대한 별들이 다수의 작은 별들보다 보다 많은 전리광자를 생성합니다.”
오우치팀의 발견은 “천체물리학 잡지(Astrophysical Journal)” 12월 호에 보다 상세히 발표될 예정이다.
참고자료: http://www.space.com/scienceastronomy/091106-earliest-galaxies-universe.html
발표시간：2009년 11월 17일
정견문장：http://www.zhengjian.org/zj/articles/2009/11/17/62643.html