막심해(莫心海)
【정견뉴스】
웹 망원경 특유의 적외선 민감도를 이용해 고대 은하를 연구하고 초기 우주의 비밀을 탐구할 수 있다고 2025년 3월 28일 NASA 사이언스닷컴이 보도했다. 이제 국제 천문학자 팀이 우주 역사상 은하가 예기치 않게 방출한 밝은 수소 방출을 발견했다. 이 놀라운 발견으로 연구자들은 이 빛이 어떻게 당시 우주를 가득 채운 중성 수소의 짙은 안개를 뚫고 들어올 수 있었는지 설명해야 하는 과제를 안게 되었다.
제임스 웹 우주망원경의 첨단 심우주 은하 조사(JADES) 프로젝트의 일환으로 웹 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)가 촬영한 이미지를 통해 빅뱅 이후 3억 3천만 년에 존재한 것으로 관측된 극도로 먼 은하 JADES-GS-z13-1이 발견했다. 연구자들은 은하의 밝기를 다양한 적외선 필터로 측정하여 은하가 팽창하는 우주를 여행하는 동안 빛이 어떻게 늘어나는지에 따라 지구와의 거리를 측정하는 적색편이를 추정했다.
영국 케임브리지 대학의 요리스 윗스톡(Joris Witstok)이 이끄는 국제 연구팀과 덴마크 우주 새벽 센터, 코펜하겐 대학은 이 은하의 극단적인 적색편이를 확인하기 위해 웹의 근적외선 분광기를 사용해 이 은하를 관측했다.
그 결과 스펙트럼에서 적색편이가 13.0으로 확인되었다. 이는 빅뱅 이후 불과 3억 3천만 년 만에 관측된 은하로, 현재 우주 나이 138억 년의 극히 초기에 해당한다. 그러나 예상치 못한 특징도 눈에 띄었는데, 바로 수소 원자가 방출하는 라이만-알파 방출로 알려진 특정하고 뚜렷하게 밝은 파장의 빛이었습니다. 이 방출은 우주 발달의 초기 단계에서 천문학자들이 생각했던 것보다 훨씬 더 강했다.
“초기 우주는 중성 수소의 짙은 안개에 휩싸여 있었습니다.”라고 케임브리지 대학교와 유니버시티 칼리지 런던의 로베르토 마이올리노는 설명한다. “이 안개의 대부분은 빅뱅 후 약 10억 년 후에 완료된 재이온화라는 과정을 통해 제거됩니다. GS-z13-1은 우주가 3억 3천만 년 밖에 되지 않았을 때 관측되었지만, 주변 안개가 완전히 걷힌 후에야 볼 수 있는 라이만-알파 방출이 놀랍도록 선명하고 뚜렷한 신호를 보여줍니다. 이 결과는 초기 은하 형성 이론에서는 전혀 예상치 못했던 것으로 천문학자들을 놀라게 했습니다.”
재이온화 시대 전후에 은하를 둘러싼 엄청난 양의 중성 수소 안개는 마치 색유리의 필터링 효과처럼 은하가 방출하는 에너지가 강한 자외선을 차단했다. 충분한 별이 형성되어 수소 가스를 이온화할 수 있을 때까지 라이만-알파 방출을 포함한 어떤 빛도 이 신생 은하에서 빠져나와 지구에 도달할 수 없다. 따라서 이 은하에서 라이만-알파 복사가 확인된 것은 초기 우주에 대한 우리의 이해에 큰 영향을 미친다.
애리조나 대학교의 케빈 헤인라인은 “우주가 진화하는 방식에 대한 우리의 이해를 고려할 때 이런 은하는 발견하지 말았어야 합니다.”라고 말했다. “우리는 초기 우주가 짙은 안개에 가려져 있어 강력한 등대조차도 들여다보기가 극히 어려울 것으로 생각했지만, 여기서 이 은하에서 나오는 빛줄기가 베일을 뚫고 나오는 것을 볼 수 있습니다. 이 매혹적인 방출선은 우주가 언제 어떻게 새로워졌는지 큰 영향을 줄 수 있습니다.”
이 은하의 라이만-알파 복사의 근원은 알려지지 않았지만, 우주에서 형성된 가장 초기 세대의 별에서 나온 첫 번째 빛을 포함할 수 있습니다.
이 은하에서 나오는 라이만-알파 복사의 근원은 아직 알려지지 않았지만, 우주에서 가장 초기에 형성된 별의 첫 번째 빛이 포함될 수 있다.
“이 은하를 둘러싼 이온화 된 수소의 거대한 거품은 후기 시대에 형성된 별보다 훨씬 더 거대하고 뜨겁고 더 빛나는 별의 독특한 집단에 의해 생성되었을 수 있으며 아마도 첫 번째 세대의 별을 대표 할 수 있습니다.”라고 윗스톡은 말한다. 최초의 초질량 블랙홀 중 하나에 의해 구동된 강력한 활성 은하핵은 연구팀이 확인한 또 다른 가능성이다.
이 연구는 3월 27일 ‘네이처’에 게재되었다.
자료출처: https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-sees-galaxy-mysteriously-clearing-fog-of-early-universe/