빅뱅 후 2억9천만 년…‘역대 가장 오래된 은하’ 발견

곽노필의 미래창

빅뱅 후 2억9천만년 시점의 은하로 확인된 JADES-GS-z14-0. 이전 최고 기록은 빅뱅 후 3억2천만년이었다. 나사 제공

제임스웹우주망원경, 초기은하 관측 성과

미 항공우주국(나사)의 제임스웹우주망원경(JWST)이 관측 사상 가장 멀리 떨어져 있는 은하를 발견했다.

망원경 관측 프로그램을 운영하고 있는 우주망원경과학연구소(STScI)는 2023년 10월과 2024년 1월 두 차례에 걸친 초기은하 관측 프로그램에서 제임스웹의 근적외선분광기(NIRSpec)를 통해 빅뱅 후 2억9천만년이 지난 시점의 은하를 포착했다고 밝혔다.

‘JADES-GS-z14-0’이라는 이름이 붙여진 이 은하의 적색편이 값(z)은 14.32였다. 적색편이란 멀리 떨어져 있는 빛일수록 파장이 긴 적색을 띠는 현상을 말한다. 따라서 적색편이 값이 높을수록 멀리 있다는 걸 뜻한다. 보통 적색편이 값이 8을 넘으면 빅뱅 이후 6억 년이 안 되는 천체에서 나오는 빛으로 본다.

이번 발견은 빅뱅 후 3억2천만 년 시점의 은하로 추정되는 JADES-GS-z13-0(적색편이값 13.2)이 보유하고 있던 가장 오래된 은하 기록을 약 3천만 년 앞당긴 것이다.

나사는 이번 발견에서 가장 놀라운 점은 우주가 아주 어렸을 때의 은하임에도 매우 밝을 수 있다는 걸 확인한 것이라고 밝혔다.

애초 이 은하를 발견한 것은 2023년 초였다. 하지만 이렇게 멀리 있는 은하치고는 빛이 너무나 밝은 괴짜 은하여서 추가 관측이 필요했다. 이 은하가 다른 은하와 매우 가까워 두 은하가 합쳐져 보인 것일 수 있다는 추정도 가능한 상황이었다.

제임스웹우주망원경의 근적외선 분광기가 포착한 은하 ‘JADES-GS-z14-0’의 스펙트럼. 나사 제공

크기는 1600광년, 질량은 태양 수억 배
3억 년도 안되지만 이미 여러 세대 별 거쳐간 듯

두 차례의 추가 관측을 진행한 과학자들은 은하의 크기는 1600광년이며, 제임스웹에 포착된 빛의 대부분은 초대질량 블랙홀 근처에서 방출된 것이 아니라 젊은 별에서 나온 것이라고 밝혔다. 현재의 별빛으로 보아 은하의 질량은 태양의 수억 배에 이르는 것으로 추정됐다.

나사는 “이번 발견은 ‘우주는 어떻게 3억 년도 안되는 시간에 이렇게 밝고 큰 은하를 만들 수 있었을까’ 하는 질문을 던진다”고 밝혔다.

과학자들은 또 추가 분석을 통해 산소의 존재도 확인했다. 과학자들은 “이 은하의 생애 초기에 산소가 존재했다는 사실은 놀라운 일이며, 이는 우리가 은하를 관측하기 전에 이미 매우 큰 별들이 여러 세대를 거쳐갔을 수 있다는 것을 시사한다”고 밝혔다.

나사는 이 은하를 찾기 위해 검색한 하늘의 영역이 매우 작았던 점을 고려할 때, 앞으로 10년 동안 제임스웹을 통해 훨씬 더 이른 시기에서도 이렇게 밝게 빛나는 은하를 다수 발견할 가능성이 높다고 내다봤다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr