아기 별·블랙홀 손바닥 보듯… “우주에 대한 인류의 시각을 바꿨다”

[제임스 웹 우주망원경 1년] 제임스 웹, 1년간 무엇을 봤나

“먼 우주의 구석에서 뻗어 나오는 최초의 빛을 관측하고, 성운의 먼지구름을 꿰뚫어 봄으로써 제임스 웹 우주망원경(JWST)은 불과 1년 만에 우주에 대한 인류의 시각을 완전히 바꿔 놓았습니다. 새로 촬영하는 모든 이미지가 곧 새로운 발견이었고, 전 세계 과학자들이 꿈도 꾸지 못했던 질문을 제시하고 답할 수 있도록 해줬습니다.”

12일(현지 시각) 미국 항공우주국(NASA) 빌 넬슨 국장은 웹 망원경이 촬영한 우주 사진이 처음으로 인류에게 공개된 지 1주년 되는 날을 기념하며 이렇게 말했다. 이날 NASA는 홈페이지를 통해 웹이 촬영한 로 오피우치(Rho Ophiuchi) 구름(성운) 복합체의 사진을 공개했다. 지구에서 390광년(1광년=빛이 1년 동안 가는 거리·9조4608억㎞) 떨어진 이 구름 복합체는 지구에서 가장 가까운 별 형성 지역이다. NASA는 “이 지역은 상대적으로 작고 조용한 별들의 탄생지로 제임스 웹 우주망원경의 클로즈업 사진이 없었다면 관측할 수 없었을 것”이라고 했다.

그래픽=양인성

◇작은 별의 탄생 포착

작은 별들이 태어나는 모습을 담은 로 오피우치 구름 복합체 사진은 지난 3월 7일과 4월 4~6일 촬영된 것을 합성했다. 흑백으로 촬영한 뒤 적외선 필터를 활용해 컬러 이미지로 변환했다. 공상과학 영화의 한 장면을 옮겨 놓은 듯한 형형색색의 사진에는 두꺼운 먼지 덩어리가 원시별을 만들고 있는 모습, 50개의 젊은 별이 태어나는 모습, 별이 폭발하면서 수소 분자를 내뿜는 모습 등이 선명하게 담겼다.

제임스 웹 우주망원경은 2021년 12월 발사돼 지난해 1월 지구에서 150만㎞ 떨어진 라그랑주 L2 지점에 안착했다. 앞서 발사된 허블 망원경은 지구 상공 약 600㎞ 궤도를 돌고 있다. 라그랑주 L2는 태양·지구가 물체를 끌어당기는 힘(중력)과 물체가 태양 주위를 돌면서 밖으로 벗어나려는 힘(원심력)이 서로 균형을 이루면서 빛의 왜곡이 없어 우주 관측에 최적이다. 허블 망원경은 가시광선을 주로 감지하지만 웹 망원경은 적외선까지 포착해 더 선명한 사진을 얻을 수 있다.

그래픽=양인성

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그래픽=양인성

그래픽=양인성

◇2년 차에 더 도전적 관측 나서

지난 1년간 웹 망원경의 관측 데이터를 활용해 750편에 이르는 논문이 출판됐다. 허블 망원경이 30년간 가동되면서 약 1만7000편의 논문이 나왔다는 점을 감안하면 연 평균 관련 논문 수가 30%가량 많았던 셈이다. 아기 별의 탄생 장면, 블랙홀의 움직임 등 과학자들이 이론적으로 예측했으나 관측하지 못했던 우주의 현상들이 웹 망원경을 통해 모습을 드러냈다. 지난해 7월 12일 조 바이든 미국 대통령이 공개한 웹 망원경의 첫 관측 영상은 SMACS 0723 은하를 촬영한 것이었다. 이 은하는 지구로부터 46억광년 떨어져 있고, 중력이 강해 우주 대폭발(빅뱅) 직후 발생한 초기 우주의 빛을 확대하고 휘게 하는 ‘중력 렌즈’ 작용을 한다.

웹 망원경의 사진 가운데 가장 널리 알려진 것은 지구에서 약 6500광년 떨어진 독수리 성운의 ‘창조의 기둥’이다. 성간 먼지와 성간 가스가 뭉쳐 기둥처럼 솟구친 이 성운의 끝자락은 활발한 에너지 활동으로 끊임없이 별들이 탄생하는 곳이다. 웹은 밝게 빛나는 별(WR 140) 주변에 나이테처럼 빛의 고리가 발생하는 항성풍의 흔적을 관측하기도 했다. 이 별은 죽음을 앞둔 두 별이 함께 돌고 있는 쌍성인데, 두 별이 가까워지면서 발생하는 먼지 분출 현상을 포착한 것이다. 또 중력으로 서로를 끌어당기는 5개의 은하를 촬영해 ‘스테판 5중주’로 불리는 사진도 있다.

美항공우주국, 별 탄생 장면 공개 - 미 항공우주국(NASA)이 제임스 웹 우주 망원경 운용 1주년을 기념하기 위해 공개한 '로 오피우치' 구름 복합체(cloud complex). 로 오피우치는 지구에서 390광년 떨어져 있으며 이곳에는 태양과 질량이 비슷하거나 작은 약 50개의 젊은 별이 있다. 사진에서 가장 어두운 영역은 두꺼운 먼지 덩어리가 원시별을 만들고 있는 곳이고 사진 아래 노란 먼지에 둘러싸인 S1 별은 태양보다 무겁다. 상하좌우로 펼쳐진 빨간색 영역은 신생아가 팔을 뻗듯 별이 우주 먼지를 뚫고 처음으로 폭발할 때 나오는 수소 분자들이다. /로이터 연합뉴스

웹은 이밖에도 지금까지 관측된 은하 중 가장 오래된 135억년 전 탄생한 은하(JADES-GS-z13-0), 태양계 밖의 외계 행성(HIP 65426 b)을 최초로 촬영했고 외계 행성(WASP-39 b)에서 이산화탄소의 존재를 처음으로 명확히 포착하기도 했다. 외계행성 촬영 당시 가디언은 “80km 떨어진 거대한 등대 옆의 반딧불이를 포착한 것 같은 일”이라고 평가했다.

NASA 책임 연구원 제인 릭비는 “지난 1년간 우리는 이 망원경이 얼마나 강력한지 파악했다”며 “지금까지 나온 데이터를 기반으로 더 도전적이고 야심찬 연구를 진행할 것”이라고 했다.