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NASA(미항공우주국)의 허블우주망원경이 최소 130억년 이전의 초기 은하 7개를 발견했다고 NASA가 13일 밝혔다.
빅뱅으로 시작된 우주의 나이는 137억년으로 추정되고 있어 이들 초기 은하는 우주 나이의 4%가 채 안됐을 때의 모습이다.
가장 먼 시간을 여행한 이 초기 은하들의 영상은 빅뱅 이후 처음 은하가 만들어질 때 얼마나 많은 수의 은하들이 만들어졌는지 명확한 통계적 표본을 보여준다.
이번 영상은 먼 우주의 모습을 담은 허블 울트라 딥 필드(Ultra Deep Field, UDF)를 정밀 분석해 얻은 것이다. 캘리포니아 공과대학 리차드 엘리스가 이끄는 천문학자들은 허블의 WFC 3(Hubble''s Wide Field Camera 3)를 이용해 적외선 파장 근처에서 가장 깊은 우주의 모습을 촬영하는데 성공했다.
관찰은 지난 8월과 9월의 6주간 이뤄졌으며 첫 결과물이 이번에 일련의 과학 논문으로 발표됐다. 연구진은 또 연구 데이트를 다른 연구에서 사용될 수 있도록 정리해 일반에 공개했다.
이번 연구를 통해 빅뱅 이후 약 4억5천만년이 지나면 은하의 숫자가 확연히 감소한 사실이 밝혀졌다. 이는 시간이 흐르면서 은하들이 지속적으로 결합하면서, 빅뱅 수억 년 후 우주를 다시 가열, 또는 다시 이온화할 수 있을 정도의 충분한 복사에너지를 제공했음을 뒷받침해 준다.
우주 깊숙한 곳의 먼 우주를 본다는 것은 곧 과거로 거슬러 올라간 우주의 모습을 본다는 것을 의미한다. 우주의 나이는 137억년으로 추정된다. 새로 발견된 은하는 빅뱅 이후 3억5천만~6억년 후의 모습들이다. 이들 은하가 내보낸 빛이 우주의 먼 거리와 시간을 여행해 이제야 지구에 도달한 것.
과학자들은 적외선에 가까운 파장의 빛을 이용해 이들 먼 우주를 관찰했다. 우주의 팽창에 의해 은하들의 빛은 눈으로 볼 수 있는 자외선에서 적외선으로 파장이 늘어나기 때문인데 이를 ''''적색편이''''라고 한다. 우주에서 멀리 떨어져 있을수록 적색편이는 높아진다.
허블 망원경의 성능이 향상되고, 연구진의 치밀한 관찰 전략이 결합돼 이전에 불가능했던 작업이 가능해졌고, 그 결과 최초로 빅뱅 직후 우주 모습에 대한 신뢰할 수 있는 데이터가 만들어지게 됐다.
이번 연구의 가장 큰 목표는 초기 우주에서 시간이 흐르면 은하의 숫자가 얼마나 빨리 증가하는지 알아보기 위한 것이었다. 이는 은하들이 그 속에 포함된 별을 얼마나 빨리 형성시키는지를 보여주는 핵심 열쇠이다.
연구를 이끈 엘리스 박사는 이번 연구가 두 가지 방식으로 진행됐다고 설명했다. 먼저, 허블 망원경을 보다 오랜 시간 노출시켜 더 먼 우주를 보는 것이다.
둘째, 허블망원경의 컬러 필터를 매우 효과적으로 사용해 은하의 거리를 정확하게 측정하는 것. 연구진은 특정 근적외선 파장의 4개 필터로 빛을 분석해 은하의 거리를 계산했다.
초기 은하 속의 뜨거운 별들이 빅뱅 직후 만들어진 차가운 수소를 데울 수 있을 만큼 과연 충분한 복사에너지를 제공할 수 있었는지 여부는 천문학계에서 오랜 기간 논쟁이 돼 왔다.
''''재 이온화(re-ionization)''''로 불리는 이 과정은 우주 탄생 이후 2억년에서 10억년 사이에 발생한 것으로 추정된다. 이 과정은 우주를 지금처럼 빛에 투명해지도록 만들었으며, 오늘날 과학자들이 망원경으로 먼 우주를 관찰할 수 있는 것도 이 덕분이다. 이번 연구에서 관찰된 우주는 바로 이 단계의 것들이다.
이번 연구에서 얻은 데이터는 재이온화가 수억 년에 걸친 점진적인 과정이었으며, 은하들은 그 속에 포함된 별과 화학성분들을 서서히 만들어 냈다는 것을 보여주었다. 즉 은하들이 한순간에 극적으로 만들어진 것이 아니라 점진적인 과정이었다는 것.
초기 은하들에 대한 이번 연구 결과는 천체물리학 저널레터(Astrophysical Journal Letters)에 실릴 예정이다.