초신성 80개 새롭게 발견…"우주 팽창 연구 큰 자원"

미국항공우주국(NASA) 고다드비행센터

제임스웹우주망원경(JWST)이 2022년 포착한 초신성 폭발. 미국항공우주국(NASA) 제공

별이 진화의 마지막 단계에서 밝은 빛을 내며 산화하는 초신성 폭발은 우주에서도 가장 강렬한 현상 중 하나다. 평소의 수억 배에 이르는 밝기로 빛나는 별의 모습은 단순히 우주의 경이로움을 보여주는 것에서 나아가 우주의 신비를 푸는 단서가 된다. 초신성과 지구의 거리는 우주의 팽창 속도를 측정하는 지표가 된다.

과학자들이 제임스웹우주망원경(JWST)을 활용해 초기 우주에서 기존에 알려진 것보다 10배나 더 많은 초신성을 발견했다.

새롭게 발견된 초신성 중 일부는 지금까지 우주의 팽창 속도를 측정하기 위해 활용됐던 어떤 별보다도 지구와 멀리 떨어져 있는 것으로 나타났다. 학계는 이번 발견으로 우주 팽창 연구의 지평이 넓어질 것으로 기대했다.

미국항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 연구팀은 9일(현지시간)부터 미국 위스콘신주에서 개최 중인 미국천문학회 224차 학술대회에서 초신성을 대거 새롭게 발견한 연구 결과를 발표했다. 

제임스웹우주망원경은 아주 멀리 떨어진 초신성을 발견하는 데 유리하다. 우주가 팽창하면 먼 곳에 있는 천체가 방출하는 빛과 관측 지점의 공간도 함께 확장된다. 이때 이 공간에 존재하는 빛의 스펙트럼선은 파장이 긴 쪽으로 몰리며 빛은 붉은 색을 띄게 된다. 이를 우주론적 적색편이라고 한다. 기존 어떤 우주 망원경보다도 높은 적외선 민감도를 가진 제임스웹우주망원경은 이 적색편이를 관측하는 데 최적화됐다.

이번 연구는 제임스웹우주망원경의 이같은 장점을 우주망원경 첨단외은하조사(JADES) 프로그램의 일환으로 진행됐다.

연구팀은 1년 간격으로 관측한 여러 장의 이미지를 비교해 관측된 밝기가 달라진 물체를 확인했다. 시간이 지남에 따라 밝기가 달라지는 현상은 초신성의 증거다. 연구팀은 분석을 통해 약 80개의 초신성을 새롭게 발견하는 데 성공했다. 연구팀은 "초기 우주에서 기존에 확인됐던 초신성보다 10배 많은 수"이라고 설명했다.

이번에 발견된 초신성 중 가장 오래된 것은 우주가 탄생하고 18억 년 밖에 되지 않았을 때 폭발한 것으로 확인됐다. 또 우주 팽창을 연구하는 데 가장 적합한 la형 초신성도 새롭게 발견됐다. 백색왜성이 큰 폭발을 일으키는 la형 초신성은 다른 초신성보다 높은 질량에서 폭발하기 때문에 더 강한 빛을 낸다. 우주의 팽창률을 계산하는 데 더 유리하다.

연구팀은 "이번 발견은 초기 우주에서 별의 형성과 초신성 폭발 메커니즘을 이해하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]