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우리 인간이 찾아낸 가장 먼 천체는?





131억광년 거리의 ‘UDFy-38135539’
우리 인간이 밤하늘에서 찾아낸 천체들 가운데 가장 멀리 있는 건 대체 얼마나 떨어져 있을까?

최근 네이처에 발표된 연구에 따르면 131억 광년이다. 빛이 131억 년이나 날아가야 하는 거리에 있다는 얘기이다. 우주의 나이가 137억 년이다. 그러니 이 천체는 우주 탄생 후 고작 6억 년 후의 것이다.

이 천체는 별이 아니라 ‘UDFy-38135539’라는 이름이 붙여진 은하다. 이 은하는 2년 전 수립된 128억 광년 떨어진 은하의 기록을 갈아치웠다.




● 허블우주망원경으로 17만3천초 동안 노출
어떻게 이렇게 멀리 있는 은하를 찾아낼 수 있었던 걸까.

이 은하를 발견한 건 허블우주망원경이다. 허블우주망원경에는 여러 개의 고성능 카메라가 장착되어 있다. 이 중에서 이 은하를 찍은 건 지난해 새로 장착된 ‘와이드 필드 카메라 3(Wild Field Camera 3)’이었다.

이 카메라는 지난해 8월과 9월에 이 은하를 포착했다. 너무나도 멀리 떨어져있어서 빛이 너무 희미한 탓에 이 고해상도 카메라를 무려 17만3천초, 그러니까 48시간이나 노출해야 은하가 나타났다. 그럼에도 허블우주망원경에 나타난 이 은하의 모습은 아주 희미한 점이었다.

천문학자들은 지난해 발견한 이 은하가 아주 멀리 떨어져 있는 천체일지도 모른다고 추측했다. 지구로부터 수십억 광년 떨어진 천체의 특성을 보였기 때문이다. 천체가 내는 빛이 붉은 색이 강하거나 파장이 긴 쪽으로 편향되어 나타나는 것이었다.

하지만 이것만으로는 확실치 않다. 원래부터 붉은 색을 띠는, 지구에서 가까운 천체일 수도 있기 때문이다. 실제로 우리 은하 안에 있는 갈색왜성(brown dwarf)이 그런 예다. 단지 빛의 밝기만으로 천체까지의 거리는 알 수 없는 것이다.

하지만 허블우주망원경에는 이 천체까지의 거리를 측정하는데 필요한 장비가 장착되어 있지 않았다. 이를 위해 남미 칠레에 있는 유럽 남부천문대(European Southern Observatory)의 8.2m 크기의 망원경이 동원되었다.

이 망원경으로 과학자들은 허블우주망원경이 포착한 은하가 내는 빛의 성분들, 즉 스펙트럼을 분석했다. 멀리 떨어져 있는 천체일수록 파장이 긴 붉은색 쪽이 많이 나타난다. 이를 ‘적색편’이라고 하는데, 적색편이가 어느 정도인지를 통해 거리를 알 수 있다.
유럽 남부천문대의 망원경으로 측정한 결과, 적색편이는 8.55. 이는 지구로부터 131억 광년 이상 떨어져 있다는 의미이다.




● 수소 안개가 걷히던 시기의 은하
131억 광년 떨어진 은하의 발견은 천문학자들에게 어떤 의미가 있을까. 바로 빅뱅 후 6억 광년이 지난 우주의 모습을 보여준다는데 있다.

빅뱅으로 우주가 탄생하고 수십만 년 후 양성자와 전자가 합쳐져 수소원자가 만들어졌다. 그리고 1억5천만 년이 지난 뒤부터 최초의 별들과 은하들이 형성되기 시작했다.

하지만 이때 생긴 별들과 은하들은 수소가스의 안개에 둘러싸여 있다. 수소가스는 초기 별들과 은하들이 내는 빛을 흡수해버린다. 이후 수억 년 동안, 그러니까 우주가 8억 년의 나이를 먹을 때까지 초기 별들과 은하들이 내는 빛은 주변의 수소를 다시 양성자와 전자로 분리시킨다.

그러면서 수소 안개가 차츰 걷히면서 어둠 속에 있던 우주는 우리가 보는 것처럼 투명해진다. 이 시기를 ‘재이온화 기(Epoch of Reionization)’이라고 한다.

우주 탄생 후 6억 년 밖엔 안 된 은하의 발견은 우주의 진화에 대한 이 같은 과학자들의 생각을 뒷받침해주었다. 이때는 재이온화 기에 속하는 시기로 수소 안개가 걷히는 중이었다. 새로 발견된 은하의 빛이 지구에 닿았다는 건 당시 수소 안개가 상당히 걷혔다는 것을 보여준다.

하지만 이 은하만가 내는 빛만으로는 수소 안개를 이렇게까지 걷어내지 못했을 것이라고 이번 연구의 과학자들은 말한다. 드러나진 않았지만 분명히 주변의 다른 작은 은하들이 있어 이들로부터 도움을 받았을 것이라는 얘기이다.




● 의심은 2014년 차세대 우주망원경이 해결할 전망
이번 발견에 대해 관련 연구자들은 매우 흥미롭게 받아들이면서도 의심스러워하는 눈치다. 하버드 대학의 천문학자 아비 롭(Avi Loeb) 박사는 “매우 흥미로운 결과”라면서도 “약간 의심스럽다”고 했다. 허블우주망원경의 이미지가 너무 희미해 스펙트럼 분석이 정확했었는지에 의문을 제기한 것이다.

그러나 몇 년 내로 이 문제는 해결될 전망이다. 2014년에 차세대 우주망원경인 ‘제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope)’이 발사될 예정이다. 그렇게 되면 이번 은하와 같은 천체들을 관측하는 일이 훨씬 수월해지게 된다. 차세대 우주망원경이 허블우주망원경이 세운 가장 먼 천체의 기록을 어느 정도로 깰지 기대된다.

 

 

 



박미용 동아사이언스 객원기자 pmiyong@gmail.com



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