알을 품은 펭귄?…수억년 뒤 충돌할 두 은하

곽노필의 미래창
제임스웹우주망원경 2주년…기념 관측 사진 공개

제임스웹우주망원경으로 본 3억2600만광년 거리의 은하 Arp 142. 펭귄 형상의 NGC 2936 은하(오른쪽)와 알처럼 보이는 NGC 2937 은하(왼쪽)으로 이뤄져 있다. 근적외선 카메라(NIRCam)와 중적외선 기기(MIRI)로 관측한 것을 합쳐 완성한 사진이다. 미 항공우주국 제공

“알을 품고 있는 우주 펭귄.”

미 항공우주국(나사)이 역대 최고의 관측 능력을 자랑하는 제임스웹우주망원경 2주년을 기념하는 천체 사진을 공개했다. 지구에서 태양 반대쪽으로 150만km 떨어진 우주에서 관측 활동을 하고 있는 제임스웹우주망원경은 12일(현지시각)로 2주년을 맞았다.

이날 나사가 공개한 사진은 지구에서 약 3억2600만광년 떨어진 남쪽 하늘의 바다뱀자리(히드라자리)에 있는 ‘Arp 142’라는 이름의 천체다. 충돌 과정에 있는 두 은하로 이뤄져 있는 천체다. 두 은하의 모습이 알을 품은 펭귄을 연상시킨다고 해서 각각 알과 펭귄이라는 별칭으로 불린다.

펭귄 형상의 NGC 2936 은하와 알처럼 보이는 NGC 2937 은하 사이의 거리는 10만광년이다. 10만광년은 우리 은하 크기에 해당한다.

허블우주망원경과 제임스웹우주망원경으로 본 은하 Arp 142. 허블은 가시광선으로, 웹은 적외선으로 관측했다. 허블 사진에서는 모서리가 완전히 검은색이지만 웹 사진에서는 훨씬 더 먼 은하들까지 보인다. 미 항공우주국 제공

둘 사이 거리는 10만광년…수억년 후 합병

과학자들은 두 은하의 충돌 과정은 7500만년~2500만년 전 사이 두 은하가 스쳐지나가면서 시작된 것으로 추정한다. 이때부터 나선 은하인 펭귄 은하의 풍부한 가스와 먼지가 알 은하의 중력에 이끌려 빠져나가면서 오늘날의 모습으로 바뀌었다. 현재 펭귄 모양에서 눈처럼 보이는 곳이 은하의 중심이다. 펭귄의 부리, 깃털, 꼬리에는 가스 밀도가 높아지면서 새로운 별들이 탄생하고 있다. 이 별들을 둘러싸고 있는 뿌연 연기 같은 물질은 탄소 분자가 포함된 다환방향족 탄화수소다.

반면 상대적으로 더 오래된 별들로 이뤄진 알 은하는 타원 은하로, 별을 형성하는 가스와 먼지가 적어 안정된 모습을 보인다.

사진상으로는 펭귄은하가 훨씬 더 거대해 보이지만 두 은하의 질량은 비슷하다. 따라서 수억년 후 이뤄질 두 은하의 합병은 어느 한쪽이 다른 한쪽을 삼켜버리는 방식으로 진행되지는 않을 것으로 예상한다.

두 은하의 오른쪽 위에는 또 다른 은하 PGC 1237172가 있다. 두 은하보다 1억광년 더 가까운 이 은하는 푸른색의 아기별들이 빼곡하다. 이 은하는 파장이 좀 더 긴 중적외선기기로 관측한 사진에서는 보이지 않는다. 별이 생긴 지 그리 오래 되지 않았다는 뜻이다.

2022년 7월12일 미 항공우주국이 공개한 제임스웹우주망원경의 최초 관측 사진 가운데 하나. 근적외선 카메라로 촬영한 용골자리성운의 우주절벽이다. 미국항공우주국 제공

우주에 대한 시각을 교정해준 2년

나사가 30년간의 연구 개발과 100억달러의 자금을 들여 제작한 역대 최대의 천문학 프로젝트 제임스웹우주망원경은 주거울 지름이 6.5m로 허블우주망원경(지름 2.4m)의 2배가 훨씬 넘는다. 허블이 주로 가시광선으로 관측하는 반면 제임스웹은 적외선으로만 관측한다.

2021년 12월25일 크리스마스일에 발사돼 2022년 7월12일 첫 과학 관측 사진을 공개한 것을 시작으로, 빅뱅 후 불과 3억년 시점의 은하를 발견하는 등 천문학에 새로운 지평을 열어가고 있다. 4대의 관측기기는 아주 멀리 떨어져 있는 별에서 오는 미미한 적외선을 잡아내기 위해 각기 영하 234~267도의 극저온 상태를 유지하고 있다.

나사의 천체물리학 부문 책임자인 마크 클램핀은 “제임스웹은 불과 2년만에 우주에 대한 우리의 시각을 변화시켰다”며 “초기 우주에 대한 오랜 미스터리에 통찰력을 제공하는 동시에 전 세계인에게 영감을 주고 새로운 질문을 제기하고 있다”고 말했다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr