【정견뉴스】
스페이스닷컴(Space.com)의 2026년 9월 25일 자 보도에 따르면, 천문학자들이 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 관측 데이터를 활용해 우주 대폭발(빅뱅) 후 불과 5억 년 만에 은하들이 이미 주변 환경으로 무거운 원소를 방출하기 시작했다는 사실을 발견했다. 이는 우주의 진화 속도가 현재 알려진 대폭발 이론보다 훨씬 빠르다는 점을 시사한다.
대폭발 이론에 따르면, 우주 탄생 초기에는 가장 가벼운 원소인 수소와 소량의 헬륨만으로 가득 차 있었다. 첫 번째 별들은 바로 이 수소와 헬륨으로 형성되었다. 그러나 이러한 별들이 진화함에 따라 점차 더 무거운 원소들이 만들어졌으며, 천문학자들은 이를 통틀어 ‘금속’이라고 부른다. 이 최초의 별들(혹은 제3족 별, Population III)이 생명 주기의 말기에 폭발할 때, 이 금속들이 사방으로 방출된다. 이는 다음 세대의 별들(제2족 및 제1족 별)이 함유한 금속 함량이 점차 증가함을 의미한다. 그러나 제임스 웹 망원경의 최신 관측은 이러한 과정이 이전 생각보다 훨씬 일찍 발생했음을 보여주며, 우주의 나이가 현재의 3%에 불과했을 때 이미 은하 주변의 기체에 산소와 탄소 같은 ‘금속 원소’가 풍부하게 포함되어 있었다.
초기 은하가 주변 환경으로 무거운 원소를 분출하는 모습을 나타낸 상상도. (사진: 주융다)
천문학자들은 초기 우주의 구성을 더 잘 이해하기 위해 제임스 웹 망원경 데이터를 이용해 약 133억 년 전의 모습을 보여주는 세 개의 은하를 관측했다. 이는 우주 진화의 중요한 시기인 ‘재전리(Reionization) 시기’에 해당한다. 이때는 첫 번째 별들이 뿜어낸 빛이 그들 사이의 수소 기체에서 전자를 떼어내고 있었으며, 이 과정을 전리라 부른다. 이로 인해 빛이 우주 속에서 더 쉽게 퍼져나갈 수 있게 되었고, 이른바 ‘우주의 암흑 시대’가 막을 내렸다.
천문학자들은 은하 자체를 배경 광원으로 활용했다. 은하가 발산한 빛이 지구로 전파될 때 주변 기체를 통과하게 되는데, 빛의 흡수 스펙트럼을 관측하면 특정 원소의 존재를 탐지할 수 있다. 원소들은 특정한 파장 범위 내에서 빛을 흡수하고 방출하기 때문에, 별빛이 성간 구름을 통과할 때 구름 속의 원소들이 스펙트럼 속에 독특한 ‘지문’을 남기게 되기 때문이다.
관측 결과에 따르면 산소, 탄소, 규소 및 기타 ‘금속 원소’를 포함한 기체가 이들 초기 은하로부터 성간 공간으로 흘러 들어가고 있었다.
이러한 기체의 화학적 특징은 현대 은하의 화학적 특징과 비교했을 때 예상보다 훨씬 유사했다. 이는 초기 은하들이 이미 우주 속으로 ‘금속 원소’를 송출하기 시작했음을 의미한다.
이 발견은 천문학자들이 지금까지도 제3족(Pop III) 별을 찾는 데 어려움을 겪고 있는 이유를 설명해 줄지도 모른다. 그들은 별빛이 순수한 수소 기체를 비추는 흔적을 찾아 헤매왔으나, 이러한 기체가 그들이 이전에 알았던 것보다 훨씬 더 빠르게 사라졌기 때문이다.
이번 연구 성과는 목요일(9월 24일) 《네이처 천문학(Nature Astronomy)》 학술지에 발표되었다.
자료 출처: (https://www.space.com/astronomy/james-webb-space-telescope/james-webb-space-telescope-looks-back-in-time-finds-our-ancient-universe-wasnt-as-pure-as-we-thought)