130억 광년 태초의 빛..제임스웹 망원경 첫 풀컬러 사진 공개

“팔을 뻗으면 닿을 수 있는 거리에 있는 모래 한 알. 그 크기 만한 밤하늘 한 조각 속에 빛나고 있는 수천 개의 은하들. 이들은 지금까지 관측할 수 있었던 그 어느 천체보다 가장 멀리 있으면서도 가장 선명하고 모습을 드러냈다.” 138억 년 우주 역사 속 첫 별의 비밀을 밝힌다는 제임스웹우주망원경(JWST)의 첫 번째 관측 이미지를 빌 넬슨 미국 항공우주국(NASA) 국장은 이렇게 표현했다.

미항공우주국이 첫 공개한 제임스웹 우주망원경으로 찍은 SMACS 0723 은하단 이미지. [AP=연합뉴스]

미국 항공우주국(NASA)이 JWST가 관측한 첫 번째 총 천연색 이미지들을 정식으로 공개했다. 11일 오후(현지시간) 조 바이든 미국 대통령이 백악관에서 주최한 공개행사에서 JWST의 첫 관측 사진 한 장을 맛보기 삼아 공개한 데 이어, 다음날 오전 NASA가 첫 이미지를 포함, 총 5장의 이미지를 정식으로 발표했다.
조 바이든 미국 대통령은 “오늘은 역사적인 날”이라면서“천문학에 대한 과학기술과 인류 전체를 위한 우주탐사에 있어 역사적인 순간”이라고 말했다.

그래픽=김경진 기자 capkim@joongang.co.kr

11일 백악관에서 공개한 첫 사진 속에는 지구에서 46억 광년 떨어진 은하단 ‘SMACS 0723’의 이미지를 중심으로 130억 광년 떨어진 초기 우주 은하들이 함께 나타났다. ‘SMACS 0723’은하단이 중력렌즈 역할을 하면서, 그 뒤로 가려져 있던 130억 광년 너머 초기 은하의 모습이 붉고 길죽하게 휘어진 모습을 하고 있다. 양성철 한국천문연구원 책임연구원은 “사진 전체에 걸쳐서 보이는 희미하고 작은 점들은 중력렌즈 효과와 관계없이 관측된 초창기 은하일 가능성이 높다”고 말했다.

제임스웹우주망원경이 찍은 남쪽고리성운 [사진 NASA]

사진은 JWST의 근적외선 카메라(NIRCAM)로 촬영한 것으로, 서로 다른 파장의 이미지들을 총 12시간 반의 노출을 통해 만들었다. 이번 사진과 유사해 보이는 허블우주망원경의 울트라딥필드 사진은 JWST보다 해상도가 낮을 뿐 아니라, 촬영하는데만 수주 이상의 시간이 걸렸다. 중력렌즈 효과로 드러난 은하단 뒤의 초기 우주천체 또한 잡히지 않았다.

임명신 서울대 물리천문학부 교수는 “JWST가 우주 천체 역사의 시초를 보여줄 것이라고 기대했는데, 첫 번째로 공개된 사진이 바로 JWST의 그런 능력을 보여주고 있다”고 말했다.
NASA는 이날 ‘SMACS 0723 은하단’ 외에도 지구에서 7600광년 떨어져 있는 용골자리 대성운(Carina Nebula)과 남쪽고리성운, 스테판 5중주 은하군의 이미지와 1150광년 떨어진 외계 거대행성 WASP-96b의 대기 성분 분석 자료를 추가로 공개했다.

제임스웹우주망원경이 찍은 스테판 5중주 은하군. [사진 NASA]

JWST은 빅뱅 직후인 우주 최초의 별을 관측하는 것 외에도, 태양계 밖 외계행성 속 생명의 존재 가능성을 찾는 임무도 가지고 있다. 12일 공개한 외계 거대행성 WASP-96b의 대기 분석 자료가 이에 해당한다. 외계 행성의 대기에서 나오는 적외선을 JWST에 실린 분광기를 이용해 분석하는 방법이다. 외계행성 대기 구성 성분에서 대기 구성 성분에서 메탄과 산소 같이 공존이 불가능한 대기 성분이 대량으로 발견되면 생명체가 존재한다고 판단할 수 있다. 이번 외계행성 WASP-96b의 대기분석에서는 생명의 흔적을 찾을 수는 없었지만, 과거 관측에선 알 수 없었던 구름ㆍ연무에 대한 증거와 함께 물을 의미하는 뚜렷한 특징 또한 포착됐다. WASP-96b는 봉황자리에 위치한 거대 가스 행성으로, 질량은 목성의 절반 정도다. 2014년 발견된 이 행성은 3∼4일의 공전 주기로 항성을 돈다.

임명신 서울대 교수는 “케플러우주망원경이 그간 수많은 외계행성의 존재를 발견해왔다면 이제는 머잖아 생명이 실제 살아있는 외계행성 발견을 통해 지구가 거대 우주 속에 유일하게 생명체가 살고 있는 곳이 아님을 밝혀줄 것”이라고 말했다. 그는 또 “우주 탄생 2억~3억 년 뒤 만들어진 첫 별은 수소와 헬륨으로만 구성돼 있다고 예측되는데 JWST은 그 우주 탄생의 비밀을 풀어줄 것”이라고 덧붙였다.

제임스웹우주망원경이 찍은 용골자리 대성운. [사진 NASA]

JWST은 허블우주망원경의 대를 이을 차세대 적외선 우주망원경으로, 지난해 12월25일 크리스마스에 남미 프랑스령 기아나의 쿠루 우주기지에서 아리안-5 로켓에 실려 발사됐다. 최종 목적지는 지구에서 150만㎞ 떨어진 라그랑주 포인트 L2 지점이다. 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 곳이기 때문에 천체망원경이 태양을 중심으로 지구와 나란히 공전할 수 있다. 이 덕분에 관측하려는 천체를 지속적으로 들여다 볼 수 있다. 지구궤도를 90분에 한 번씩 돌면서 같은 사진을 여러 번 찍어 빛을 모으는 방식으로 특정 우주 지점을 관찰하는 허블우주망원경과는 차원이 다른 방식이다. 지난 2월 라그랑주 포인트 L2 지점에 안착한 JWST는 그동안 자세 제어와 온도조절 등 기능 안정화 작업을 해왔다.

외계 거대행성 WASP-96b의 대기성분 분석. 자료:NASA

최준호 과학ㆍ미래 전문기자, 논설위원 joonho@joongang.co.kr