은하의 ‘숨겨진 속살’, 적외선으로 포착…수백만개 색깔로 빛나는 별들

곽노필의 미래창
1100만광년 거리의 ‘센타우루스 A’ 은하
제임스웹으로 먼지 구름 속 중심부 포착
20억년전 다른 은하와 충돌 흔적 드러나

제임스웹우주망원경의 중적외선 기기로 촬영한 센타우루스 A 은하. 그동안 먼지구름에 가려져 보이지 않았던 은하 중심부가 선명하게 드러났다. 나사 제공

지구에서 1100만광년 거리에 있는 은하 ‘센타우루스 A’는 그동안 우주망원경에는 장막에 가려진 요새와도 같았다. 은하 중심부를 둘러싸고 이는 두꺼운 먼지 구름이 가시광선을 차단해, 그 안에서 별들이 펼치는 역동적인 모습을 가려왔기 때문이다.

인류 역사상 가장 강력한 적외선 관측 능력을 갖춘 제임스웹우주망원경(JWST)이 관측 활동 4주년을 맞아 그 장막을 걷어내고 이 은하의 속살을 들여다봤다.

미국항공우주국(나사)이 최근 공개한 센타우루스 A 사진은 적외선으로 먼지 구름을 뚫고 들어가 은하 중심부에 빽빽하게 밀집돼 있는 별 무리를 낱낱이 보여준다. 특히 그동안 흐릿한 덩어리로만 보이던 은하 중심부가 수백만개의 별들이 저마다 자신만의 색깔을 드러내며 다채롭고 선명한 구조물로 바뀌었다.

제임스웹우주망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)와 중적외선 기기(MIRI) 관측 이미지를 합성한 사진. 은하 중심부가 가장 밝게 빛나고 있고, 주황색 먼지 띠가 은하 중앙을 가로지르며 독특한 평행사변형 모양을 이루고 있다. 은하 중심부 바로 위에는 S자 모양의 복숭아색 리본이 있다. 미국항공우주국 제공

은하 충돌로 생겨난 S자와 평행사변형 구조

사진에서 가장 눈길을 끄는 것은 중심부에 자리잡고 있는 초대질량 블랙홀과 그 주변의 복잡한 구조다. 강력한 중력으로 주변 물질을 흡수하는 블랙홀은 그 과정에서 강력한 제트를 뿜어내고 엄청난 에너지를 방출하면서 은하의 형태를 끊임없이 변화시킨다.

제임스웹은 특히 이번 관측에서 20억년 전 다른 은하와의 거대한 충돌이 남긴 흔적으로 보이는 S자 형태로 굽이치는 구조와 평행사변형 모양의 먼지 띠를 찾아냈다. 이는 이 특이한 모양이 어떻게 생겨났는지, 블랙홀은 이 모양을 만드는 데 어떤 영향을 끼쳤는지 등등 후속 질문을 던진다.

중적외선 사진에 나타나 있는 붉은 점 상당수는 먼지가 풍부한 별이거나 별 형성 지역이다. 이곳에서는 늙어가는 별들이 우주로 물질을 방출하거나 새로운 별들이 형성되고 있다. 이 물질은 미래의 별과 행성을 만드는 재료이기 때문에 은하의 생명 주기에서 매우 중요한 역할을 한다.

유럽​남방천문대의 천체망원경으로 촬영한 센타우루스 A(왼쪽 위)와 제임스웹우주망원경의 근적외선(오른쪽 위) 및 중적외선(아래) 사진. 검은색 먼지 구름에 가려져 있던 부분이 제임스웹 사진에서 선명하게 드러났다. 나사 제공

은하 고고학의 현장을 보는 듯

이번 관측을 주도한 나사 고다드우주비행센터의 숀 도마갈-골드만 박사는 “단 하나의 망원경으로 우주의 모든 이야기를 들을 수는 없다”며 “하지만 제임스웹은 이전 망원경들은 사용하지 못했던 창을 통해, 그동안 볼 수 없었던 은하의 구조와 진화 과정을 밝혀낼 수 있게 됐다”고 말했다.

나사는 “제임스웹우주망원경이 관측한 센타우루스 A의 고해상도 사진을 분석하는 일은 마치 은하 고고학을 하는 것과 같다”고 설명했다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr