NASA 공개...빅뱅초기 131억년 전 비밀은?

우주는 빅뱅을 통해 한순간에 이뤄진 것이 아니라 점진적으로 이뤄졌다.우주는 빅뱅이후 2억년~10억년 사이에 수소가 분열돼 오늘날 우리가 아는 원소들을 만들어냈다...

허블망원경이 현재에서 과거로 거슬러 올라가 우주가 만들어진 빅뱅시점에 가장 가까이 다가간 은하의 모습을 발견, 이를 통해 우주의 비밀을 알려주었다.

美항공우주국(NASA·나사)은 13일 허블우주망원경을 통해 지금으로부터 137억년 전에 폭발한 빅뱅 이후 3억8천만~6억년 후에 형성된, 지구에서 가장 멀리 떨어진 은하를 찾아냈다고 발표했다.

이는 허블망원경이 지금까지 알려진 우주의 기원(137억년전)이후 6억년도 지나지 않은 초기우주의 모습을 찾아냈음을 의미한다. 이들 은하는 빅뱅으로부터 지금까지의 기간을 100으로 봤을 때 빅뱅시점에서 4%에 불과한 초기우주의 모습을 보여주고 있다.

리처드 엘리스 캘리포니아공대(칼테크) UDF12팀은 패서디나 허블 광계 카메라(WFC3)를 이용해 이 초기 은하를 촬영했다. 허블망원경의 우주 관찰은 지난 8월부터 9월 사이에 6주간에 걸쳐 이뤄졌으며 첫 결과물이 이번에 일련의 과학 논문으로 발표됐다. 나사는 이번에 확보된 이미지에 대해 “최초의 은하 형성 시점에 이들이 얼마나 풍부했는지를 보여주는 최초의 믿을 만한 통계학적 샘플”이라고 밝혔다.

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 가장 깊은 우주의 모습을 촬영하는데 성공했다.

연구팀의 목표는 은하가 자신들을 구성하는 별들을 얼마나 빨리 만들어내는지를 알 수 있는 핵심 증거를 찾기 위한 것이었다.

과학자들은 이번 연구를 통해 빅뱅 이후 약 4억5천만년이 지난 후 은하의 숫자가 서서히 줄어들었다는 사실을 확인했다. 또 이 발견은 빅뱅 이후 수억년 후 은하들이 시간의 경과에 따라 지속적으로 결합하면서, 우주를 다시 가열하거나 재이온화하기에 충분한 복사에너지를 제공한다는 생각을 뒷받침해 주었다.

이번에 발견된 7개의 초기 은하수는 최초로 재이온화(re-ionization)된 파장의 일부로 여겨지고 있다. 재 이온화는 우주 탄생 이후 2억년에서 10억년 사이에 수소가 분열돼 오늘날 발견되는 원소로 형성된 과정을 일컫는다. 과학자들은 이같은 재이온화 과정을 거쳐 빅뱅이후 거대은하수가 발생됐거나, 또는 수많은 다른 은하수들이 만들어진 것으로 보고 있다.

엘리스는 재이온화가 수많은 작은 은하수를 만들어 냈을 가능성에 더 무게를 두고 있다.

이 과정은 우주를 지금처럼 빛에 투명해지도록 만들어 오늘날 과학자들이 망원경으로 먼 우주를 관찰할 수 있게 해 준 것으로 여겨지고 있다. 이번 연구에서 관찰된 우주는 바로 이 단계의 것들이다. 즉 은하수가 순식간에 만들어진 것이 아니라 점진적으로 만들어졌다는 것이다.

리처드 엘리스연구팀장은 “우리가 발견한 것은 이 빅뱅초기에 우주에는 우리가 현재의 우주에서 보는 것보다도 더 많은 희미한 은하수가 있다는 점이며 이는 매우 중요한 결과“라고 말했다. 그는 “이 풍부하고 매우 미약한 우주는 우리가 생각하는 우주의 재이온화 과정에 중요한 일을 한다”

존 그런스펠드 나사 부국장은 기자회견을 통해 “이 시기는 우주가 별과 은하를 만들기 시작한 시점이며, 이때 형성된 별과 은하는 날 우리오늘날 우리에게 알려진 여러 가지 화학적 원소를 만들어냈다. 이 시기는 만물이 만들어진 시기다”라고 말했다. 우주물리학자들은 이번에 발견된 것 같은 초기 은하 속의 뜨거운 별들이 과연 빅뱅 직후 만들어진 차가운 수소를 데울 수 있을 만큼 과연 충분한 복사에너지를 제공할 수 있었을지에 대해 오랫동안 논쟁을 거듭해 왔다.

재이온화로 불리는 과정은 우주탄생이후 2억년에서 10억년 사이에 발생한 것으로 여겨진다. 이 과정이 우주를 별처럼 투명하게 만들어 우주과학자들이 130억년 이상된 시간의 저편까지 볼 수 있게 해 준 것으로 여겨진다. 이번에 발견된 130억여년전 은하도 이같은 빛을 뚫고 그 오래 전 은하의 모습을 보여주는 것이다.

우주과학자들은 근적외선을 가지고 먼 우주에 대해 연구해 왔다. 이는 우주의 확장에 따라 은하의 적외선과 가시광선이 적외선파장이 되는 이른 바 적색이동(red shift)현상을 보여주기 때문이다. 더 먼 은하일수록 적색이동현상이 더 심해진다. 연구팀은 적색이동 11.9를 기록한 곳에서 빅뱅이후 3억8천만년후에 형성된 지금까지 발견된 은하중 가장 오래된 은하를 발견했다.