우주 관측 역사상 가장 오래되고 먼 은하 포착

137억만년 전부터 존재, “우주진화 속도, 예상보다 빨랐다는 증거”

우주 관측 사상 가장 오래된 은하가 발견됐다.

지난 5월 31일 BBC 등 외신에 따르면 제임스웹 우주망원경(JWST)이 인류가 지금까지 관측한 은하 중 가장 오래된 은하를 포착했다. 이 은하는 빅뱅 이후 불과 2억 9000만년밖에 지나지 않은 시점에 존재한 것으로 ‘JADES-GS-z14-0’으로 명명되었다. 이번 발견이 이뤄지기 전까지 가장 오래된 것으로 여겨졌던 은하는 빅뱅 이후 3억 2500만년 뒤에 포착된 것이었다.

과학자들은 이 은하의 먼 거리 뿐만 아니라 밝기와 크기에도 흥미를 가졌는데, 그 이유는 초기 우주의 은하임에도 매우 밝았기 때문이다. ‘JADES-GS-z14-0’은 이미 2023년 초에 발견됐지만 멀리 떨어져 있는 은하라기에는 빛이 너무 밝아 추가 관측이 필요했다. 이후 두 차례 추가 관측을 진행한 과학자들은 이 은하의 크기가 1600광년이며, 제임스웹에 포착된 빛의 대부분이 초대질량 블랙홀 근처에서 방출된 것이 아닌 젊은 별에서 나온 것임을 밝혀냈다.

현재의 별빛으로 미뤄볼 때 ‘JADES-GS-z14-0’의 질량은 태양의 수억 배에 이르는 것으로 추정된다. 이는 과학자들에게 새로운 질문을 던졌다. 우주가 생성된 지 불과 3억년이 채 지나지 않은 시점에서 어떻게 그렇게 밝고 거대한 은하가 존재했느냐는 것이다. 결국 이번 발견은 우주의 진화 속도가 기존 예상보다 빨랐으며, 은하와 블랙홀의 생성도 더욱 빨리 이뤄졌음을 시사한다.

과학자들은 이 은하가 예상보다도 훨씬 더 밝아서 제임스웹 망원경으로 관측할 수 있었다며, 이대로라면 이보다 더 오래전에 존재한 은하도 포착하는 것이 가능할 수 있다고 했다.

브랜트 로버트슨 캘리포니아 대학 산타크루즈 교수는 “우리는 이 은하가 10배 더 희미하더라도 이를 발견할 수 있었다. 이는 우주의 초기, 아마도 처음 2억년 안에 다른 사례를 볼 수 있다는 것을 의미한다”고 했다.

또한 JADES-GS-z14-0에서 상당량의 산소가 있었음을 확인할 수 있는데, 이는 연구자들에게 은하가 이미 상당히 성숙되었음을 알려준다. 천문학자 카르니아니 박사와 헤인라인 박사는 “이 은하계의 생애 초기에 산소가 존재했다는 사실은 놀라운 일이며, 우리가 은하계를 관찰하기 전에 여러 세대의 매우 무거운 별들이 이미 그들의 삶을 살았음을 암시합니다”라고 덧붙였다.

이 연구에 참여한 미 캘리포니아대학교 산타크루즈 캠퍼스 벤 존슨 연구원은 “JADES-GS-z14-0은 초기 우주에서 은하 형성이 매우 빠르고 강렬했음을 보여준다”면서 “JWST는 아마도 우주가 더 젊었을 때 있었던 은하들을 더 많이 찾을 수 있을 것이다. 은하가 어떻게 시작되는지 연구할 수 있는 놀라운 기회”라고 말했다. 연구 팀원인 케임브리지대 프란체스코 드에우제니오 박사는 “초기 은하는 우리가 가상 모델에서 예측한 것보다 훨씬 더 밝은 것으로 드러났다”며 “이처럼 초기 단계의 우주는 지금과는 다른 모습이었을 것”이라고 설명했다.