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관측사상 가장 오래된 134억년 전 은하 촬영했다

관측사상 가장 오래된 134억 년 전 은하를 제임스웹우주망원경으로 촬영하는데 성공한 것으로 밝혀졌다.

제임스웹우주망원경은 적외선 관측용 우주 망원경으로 촬영한 컬러 사진에 대해 미항공우주국 나사(NASA)는 지금까지 가장 깊고 선명하게 우주를 촬영할 수 있다며 수천 개 은하를 포함하는 등 지금까지 기술에선 촬영 불가능하던 천체도 찍혔을 가능성을 시사하고 있다.

이런 사진에 대해 천문학자 사이에선 관측 사상 가장 오래된 은하도 찍혀 있다며 지금부터 134억 년 전에 발한 은하 빛이 찍혀 있다는 논문도 발표되고 있다. 천문학자는 적색편이(redshift)라는 척도를 이용해 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 정확하게 설명한다. 적색편이가 높을수록 천체가 더 지구에서 멀리 있다는 걸 보여주며 제임스웹우주망원경이 촬영한 사진에선 적색편이가 10.5와 12.5인 은하가 발견됐다. 적색편이 12.5 은하는 관측 역사상 가장 먼 은하로 여겨진다.

또 제임스웹우주망원경에 탑재된 카메라(NIRCam, NIRspec)를 개발한 연구팀은 12월 9일 제임스웹우주망원경이 촬영한 사진으로 관측사상 가장 오래된 은하 관측에 성공했다고 발표했다. 연구팀은 사상 첫 빅뱅으로부터 불과 3억 5,000만 년 뒤 은하 모습을 관측하는데 성공했으며 이 놀라운 거리에 절대적 자신감을 갖고 있다고 밝혔다.

연구팀은 감도가 높은 적외선 카메라(NIRcam) 데이터를 분석해 134억 년 전 발한 은하 빛이나 관측 사상 가장 멀리 있는 은하 존재를 지적하는 게 가능하게 됐다. 하지만 이들이 정말 134억 년 전 은하인지 관측 사상 가장 멀리 있는 은하인지 확인하기 위해선 초기 은하 거리와 연령을 정확하게 분석하기 위한 표준이 되는 분광 분석을 실시할 필요가 있다고 한다. 분광 분석을 수행하는 이유는 더 가까이 있는 은하가 상당히 멀리 있는 은하가 될 가능성이 있기 때문이라고 한다.

분광 분석을 위한 키가 된 건 NIRspec에 의해 2개 연구를 발표할 수 있었지만 이들 두 연구는 모두 검토 전 단계다. 연구팀은 관측된 은하 빛은 파운드 동전상 여왕 눈 크기와 동일할 만큼 작다면서 이 작은 빛 중에는 10만 개 은하가 포함되어 있을 것으로 추측된다고 밝혔다.

탄생부터 은하 나이를 추측하기 위해 과학자는 적색편이를 측정한다. 이는 먼 천체에서 날아오는 전자파 파장이 도플러 효과에 의해 길어지는 현상이다. 따라서 먼 곳에서 존재하는 오래된 은하는 적외선으로 관측될 뿐 아니라 은하 사이 수소 산란으로 인해 특정 지점에서 전자파가 끊어지는 특징이 있다.

연구팀은 NIRcam으로 관측한 빛 가운데 적색편이 중단을 포함한 것을 더 자세하게 분석하기 위해 NIRspec을 이용해 250개 은하를 28시간에 걸쳐 관측한 결과 4개 은하에서 적색편이가 10을 넘는 그러니까 꽤 오래된 은하인 것으로 밝혀졌다. 연구팀에 따르면 4개 은하는 상당히 작고 태양 질량 1억 배 정도 질량 밖에 안되며 은하에 존재하는 별 연령도 1억 년 미만 것 뿐이었다고 한다. 또 지구가 존재하는 은하수 은하에는 적어도 1,000억 개 별이 존재하고 있으며 태양은 46억세로 생각되고 있다.

연구팀은 이 젊은 은하에 대해 경이적인 속도로 별을 생성하고 있으며 같은 크기 기존 은하에 비해 10배 가까이 빠른 성장 속도라고 밝히고 있다. 연구팀이 발표한 적색편이가 10을 넘는 4개 은하는 13.20(JADES-GS-z13-0), 12.63(JADES-GS-z12-0), 11.58(GS-z11-0), 10.38(JADES-GS- z10-0)다. 또 JADES-GS-z13-0은 빅뱅 이후 불과 3억 2,500만 년 후 관측된 은하로 지구로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 존재한다. 이 은하가 분광학적으로 확인된 은하로는 가장 오래된 것으로 보이지만 곧 더 오래된 은하가 관측될 수 있다고 연구팀은 밝히고 있다. 제임스웹우주망원경은 빅뱅 1억 년 뒤라는 빠른 단계 은하고 관측할 수 있도록 설계되어 있다.

제임스웹우주망원경은 방금 탄생한 별과 은하를 연구해 은하 형성에 대해 더 많은 지식을 심화하는 걸 목표로 하고 있다. 천문학자는 별의 강한 빛이 수소와 헬륨으로부터 전자를 빼앗아 주위 가스를 전리하는 우주 재전리를 검출하는 걸 목표로 하고 있으며 이 관측에 성공하면 이번에 관측된 4개 은하 형성 시기도 미묘하게 달라질 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

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