빅뱅 5억 년 후 초기 은하는 '바나나' 모양이었다

빅뱅 발생 5억년 후 초기 은하는 오이, 바나나, 서핑보드처럼 길쭉한 모양이었다는 연구 결과. 컬럼비아대 연구팀 제공

빅뱅 이후 초기 은하의 모습이 원반 모양이 아닌 길쭉한 '바나나' 형태였다는 분석결과가 나왔다.

5일(현지시간) 뉴욕타임스에 따르면 비라즈 판디야 미국 컬럼비아대 천문물리학과 연구팀은 제임스웹우주망원경이 촬영한 신생 은하 4000여 개의 이미지를 분석해 초기 은하의 모습이 원반형이 아닌 '선형'에 가까운 모습이라는 연구 결과를 내놨다.

연구팀은 지난해 10월 논문 사전게재사이트 '아카이브'에 논문을 공개했다. 국제 학술지 '천문학 저널'을 통해 공식 발표할 예정이다. 

지금까지 초기 은하의 형태가 현대 우주에서 발견된 은하과 비슷하게 타원형이나 원반형일 것이라는 추측이 우세했다. 연구팀은 이같은 추론을 뒤집고 초기 은하의 모습이 바나나나 서핑보드처럼 세로로 길쭉한 형태라는 주장을 내놨다.

연구팀은 우선 초기 우주 탄생을 연구하는 국제 공동 심우주 연구팀 'CEERS'이 제공한 이미지를 바탕으로 '확장 그로스 띠(Extended Groth Strip)' 영역에 속하는 은하의 이미지를 분석했다. 확장 그로스 띠는 보름달보다 약간 작은 범위의 심우주 공간이다. 선행연구에서 허블우주망원경이 촬영한 이미지를 분석한 결과 초기 은하 모양이 마치 '오이'와 비슷한 모양이었다고 설명했다. 

이어 제임스웹우주망원경이 촬영한 초기 은하 이미지를 바탕으로 은하들을 3차원 모양으로 재구성했다. 만약 초기 은하가 현대 은하에서 관찰되는 것처럼 공, 원반 모양이라면 은하 이미지를 3차원으로 재구성했을 때 둥그런 전면이 드러나야 하지만 분석 결과 길쭉한 선형인 것으로 나타났다. 

연구팀은 "현대 우주에서 선형 은하가 발견되는 사례는 드물지만 심우주 연구에서 발견된 빅뱅 발생 5억년 후 초기 은하의 80%는 선형 모양"이라고 설명했다. 현대 우주에서 주로 발견되는 은하는 타원형이나 우리은하처럼 평평한 원반형이다. 

판다야 박사는 "초기 은하의 질량을 보면 우리은하의 '조상격'이라고 할 수 있다"며 "원반 형태인 우리 은하도 훨씬 전엔 초기 은하처럼 길쭉한 형태였을 수 있다는 사실을 짐작해볼 수 있다"고 추론했다.

초기 은하와 현대 은하의 모습이 다르게 생긴 이유에 대해 천문학계는 암흑 물질의 특성과 관련있을 것이라고 본다. 암흑 물질은 우주의 대부분을 차지하고 있는 것으로 추측되지만 정체가 드러나지 않은 미지의 물질이다. 

이중에서도 '차가운 암흑물질(CDM)'은 은하보다 작은 천체들이 형성된 후 보다 큰 규모의 천체 집단을 형성하는 데 힘을 발휘했을 것으로 보는 물질이다. 연구팀은 CDM이 초기 은하의 형태를 결정짓는 데 영향을 줬을 수도 있다고 본다.

연구팀은 관측 범위를 우주의 다른 지역으로 넓혀 심화 연구를 이어나갈 것이라고 밝혔다. 이를 통해 우주 전체에서 서로 다른 입체 모양을 가진 은하들을 찾아낸다는 계획이다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]