33.jpg
55.jpg

KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스

  • 블랙 페이스 북 아이콘
  • 블랙 인스 타 그램 아이콘

129억년 전을 들여다보는 망원경

허블망원경, 129억년 전을 보다

30일, NASA의 허블우주망원경이 ‘멀리 있는 별 보기’에 있어 새롭게 신기록을 달성했다는 소식이 전해졌다. 기존 허블의 최고기록은 4년 전인 2018년, 100억 년이 채 안 되는 과거, 우주의 나이가 1/3 정도 되었을 때의 별을 본 것이었다. 이번에 새롭게 포착한 별은 약 130억 년 전, 우주의 나이가 현재의 7% 정도인 매우 오래전의 별이다.

이와 같은 결과는 3월 30일 자로 국제 학술지인 ‘네이처’ 최신 호에 게재되었다.


1990년 4월 우주로 쏘아 올려진 허블우주망원경

망원경으로 더 멀리 있는 별을 본다는 것은, 더 먼 우주의 더 오래된 과거의 모습을 본다는 것을 의미한다. 이번에 허블망원경이 새롭게 발견한 별빛은 129억 광년(광행거리)이라는 기록적으로 먼 거리를 넘어 지구에 도착했다.즉, 별빛이 오는 데에 129억 년이 걸렸다는 의미이기에, 이번에 허블망원경이 본 것은 129억 년 전의 별빛이다.

이번 새로운발견의 주저자인 존스 홉킨스 대학의 브라이언 웰치 연구원은 이번에 허블이 새롭게 갱신한 가장 먼 별에 ‘에렌델(Earendel)’이라는이름을 붙여주었다. 고대 영어로 ‘아침의 별’을의미하며, 초기 우주의별 형성에 대한 비밀 등 여명을 밝히기를 바라는 희망을 담았다. 옛 영어식 표현이다. 정식 명칭은 ‘WHL0137-LS’로, 질량은 태양의 최소 50배, 밝기는 수백만배에 이른다. 에렌델 이전에 발견된 가장 오래된 별은 2018년 관측됐는데, 약 90억광년 거리에 있었다. 이번 연구진의 발견으로 최장거리 별 관측 기록이 크게 경신됐다. 어렌델은 우주가 별이 붕괴하며 무거운 원소로 채워지기 전에 형성된 별이라 구성 성분이 특히 큰 관심을 받고있다. 후속 연구를 통해 금속 원소 없이 순수하게 수소와 헬륨 등으로만 구성된 별이라는 점이 확인되면 빅뱅 직후 만들어진 것으로 이론상으로만 제시돼온 제3그룹 별(Population III stars)의 첫 증거가 될 수 있다. 웰치는 "어렌델은 우리가 익숙하지 않은 우주시대에 대한 창이 될 것"이라면서 우주가 어떻게 시작됐는지 알 수 있는 기회를 가지게될 것이라고 했다. 그러면서 "웹 망원경으로 어렌델보다 훨씬 더 멀리 있는 별을 볼 수도 있을텐데, 웹이 어렌델의 거리 기록을 깨는 것을 보고싶다"고 했다.


※ 빛을 기준으로 별빛이 건너온 거리는 129억 광년이나, 그동안 우주는 계속 팽창했기에 지구로부터 에렌델까지의 거리는 약 280억 광년이다.


허블 우주망원경이 잡아낸 별인 ‘에어렌델(화살표)’. 지구에서 129억 광년 떨어져 있다. 지금까지 관측된 것 가운데 가장 먼 별이다

중력이 마련해 준 렌즈로 발견

웰치 연구원은 허블망원경이 신기록을 경신했음을 발견하던 때를 회상하며 “처음에는 거의 믿지 않았다”고 말했다. 이제까지 발견했던 별 중에서 가장 먼 별보다도 훨씬 멀리 떨어져 있는 모습이 믿기 힘들었다고 말하며 “보통 이 정도로 먼 거리라면 은하 전체가 작은 얼룩처럼 보이는 정도인데, 이 별은 중력렌즈에 의해 확대되어 보였다”고 설명했다. 연구팀의 추정에 의하면 에렌델은 태양보다 최소 50배는 무겁고 수백만 배 더 밝은 별이다. 이제까지 알려진 가장 무거운 별에 필적하다. 그럼에도 워낙 먼 거리만큼 떨어져 있어 원래대로라면 보는 것이 불가능했으나, 지구와 에렌델 사이에 있는 거대 은하단이 돋보기 역할을 해주어 볼 수 있었다. 중력렌즈 효과를 통해 은하에 흐릿하게 파묻혀있을 별 ‘에렌델’을 따로, 그리고 더 밝게 볼 수 있었다.

흔히 돋보기에 활용되는 렌즈는 빛을 굴절시켜 잘 보이지 않는 것을 확대하여 선명하게 보이게끔 하는 원리이다. 우주에서는 이렇듯 빛이 휘어져서 렌즈와도 같은 효과를 내는 일이 중력에 의해 일어나기도 한다. 강한 중력은 빛을 휘게 하는데, 에렌델과 지구 사이의 거대 은하단 WHL0137-08의 막강한 중력이 에렌델을 포함한 그 너머의 빛들을 크게 왜곡하고 증폭한다. 그리하여 원래는 은하에 파묻혀 수백 개의 다른 희미한 별빛들과 함께 뒤섞였어야 할 에렌델의 별빛이 분리되고, 그 밝기가 무려 1,000배 이상 확대되는 것이다.


중력렌즈 효과를 통해 은하에 흐릿하게 파묻혀있을 별 ‘에렌델’을 따로, 그리고 더 밝게 볼 수 있었다.

제임스 웹 우주망원경으로 바통 터치

새로운 별 에렌델에 대해 더 많이 배우기 위해 천문학자들은 ‘제임스 웹 우주망원경’에 기대를 걸고 있다. 빅뱅 이후 우주가 계속 팽창하고 있기 때문에 멀리서 오는 빛일수록 파장이 늘어지며 ‘붉어지게’되는데 이를 ‘적색편이’라고 한다. 따라서 처음 우리 눈에 보이는 ‘가시광’이었던 별빛이 아득히 먼 우주에서 오다 보면 적색을 넘어 적외선 영역까지 ‘붉어지기’도 하는데, 제임스 웹 우주망원경이 적외선 감지에 특화되어있기 때문이다.

허블 망원경의 신기록 갱신 확인을 함께 진행한 우주망원경과학연구소(STScI)의 댄 코 연구원은 “제임스 웹 우주망원경을 통해 에렌델이 정말 별이지 확인하고 밝기와 온도를 추정하기를 기대한다”고 밝히며, 에렌델을 통해 기존의 항성 진화와 은하 진화 시나리오를 검증할 수 있을 것이란 기대도 밝혔다. 특히 기존 이론에서 빅뱅 이후 태어난 최초의 별들은 ‘항성종족 Ⅲ’으로 분류하며 그 특성들을 가정해왔었는데, 어쩌면 에렌델이 추정으로만 존재했던 항성종족 Ⅲ의 첫 증거가 될지도 모른다는 기대가 모아지고 있다.

또한 허블 망원경이 이처럼 경이로운 기록을 세웠다는 것은, 허블 망원경의 뒤를 이은 차세대 제임스 웹 우주망원경에 더 기대가 실린다는 의미가 된다. 웰치 연구원은 “제임스 웹 우주망원경을 통해 에렌델보다 더 멀리 볼 수 있을 것이 기대된다. 제임스 웹 우주망원경이 에렌델의 거리 기록을 깨는 것을 보고싶다”고 말했다.




본래 지구에서 관측할 수 있는 항성은 우리은하 근처의 것들 뿐이다. 항성의 밝기에 한계가 있기 때문이다. 이번 성과는 '중력렌즈 효과'를 이용한 결과다. 지구와 어렌델 사이 질량이 매우 큰 물체가 어렌델이 발한 빛을 여러 갈래로 반사, 한 지점으로 모아 그 밝기를 관측 가능할 정도로 극대화시킨 것이다. 연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통해 어렌델을 다시 한번 관측할 계획이다. 이들은 어렌델의 구성 성분을 확인하고, 1세대 별에 대한 연구를 진행한다는 입장이다. 수네 토프트 덴마크 코펜하겐대 닐스보어연구소 교수는 "제임스 웹 우주망원경 관측을 통해 어렌델이 하나의 항성인지, 아니면 아주 가까운 거리의 두 개 항성인지, 어떤 유형의 별인지, 어떤 화학성분으로 구성됐는지 알아낼 수 있을 것"이라고 말했다.

 

최성림 | Physics & Earth Scu | 지식더하기


참고자료

[1] https://m.khan.co.kr/science/aerospace/article/202203312121015#c2b

[2] http://weekly.chosun.com/news/articleView.html?idxno=19388-

첨부 이미지 출처

[1] http://weekly.chosun.com/news/photo/202204/19388_1.jpg

[2] https://m.khan.co.kr/science/aerospace/article/202203312121015#c2b

[3] https://www.sciencetimes.co.kr

첨부 동영상 출처

[1] https://www.youtube.com/watch?v=0YMRuh772IA&t=9s


ⓒ KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 KOSMOS

조회수 10회댓글 0개

최근 게시물

전체 보기