"산소 발견 했다"..지구에서 가장 먼 'MACS1149-JD1' 실체 공개
김상훈 기자
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2018.05.18 10:08
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지구에서 가장 멀리 떨어져 있는 'MACS1149-JD1'의 실체를 한 꺼풀 더 벗겨졌다.
[디지털머니=김상훈 기자] 지구에서 빛을 관측할 수 있는 은하 중 가장 멀리 떨어져 있는 'MACS1149-JD1'의 실체를 한 꺼풀 더 벗겨졌다.
초기 우주에서 별과 은하의 탄생하는 과정에 대한 몇몇 가설이 있지만, 실제 관측을 통해 완전히 증명되진 않았다. 우주 대폭발(big bang, 이하 빅뱅)이후 약 1억 5000만 년에서 3억년 사이에 1세대 별들이 나타났다고 추측되고 있을 뿐이다.
언제 어디에서 최초의 별이 생겼으며, 그 별들이 형성한 은하가 어떻게 탄생했는지에 대한 과정은 여전히 우주의 수수께끼로 남아있다.
그런데 최근 미궁에 쌓인 초기 우주 속 은하 탄생 과정을 알 수 있는 증거가 포착됐다. 빅뱅 후 5억 년이 흐른 뒤 생겨난 초기은하의 존재가 입증된 것이다.
일본과 미국, 독일 등 국제 공동연구팀이 칠레에 있는 망원경을 통해 찾은 산소와 수소의 흔적이 빅뱅 이후 5억년이 흐른 시점인 133억년 전 초기 은하에서 나온 것임을 증명했고 이 은하를 MACS1149-JD1라 명명됐다.
연구팀은 칠레에 있는 세계 최대 전파망원경 알마(ALMA)를 이용해 지난 2012년 장파장의 빛을 발견했다. 이들은 적색편이 값을 분석, 이 빛이 약 133억 년 전 초기 우주 속 은하의 이온화된 산소에서 방출돼 먼 우주를 여행해 오면서 파장이 약 10배 길어졌다고 결론 내렸다. 약 6년 간의 분석과 검증 작업의 결과다.
이번에 연구팀이 찾은 산소에서 방출된 빛은 초기은하 연구의 매우 특별한 지표다. 빅뱅 시점부터 약 1억~2억년이 흐를 때까지 초기 우주에는 수소(원자번호 1번)와 헬륨(원자번호 2번)과 같은 원소들밖에 없었다. 학계에선 이런 원소가 특정 위치에 우연히 많이 모여있었고, 서로를 끌어당기며 뭉치면서 별을 이뤘으며, 이후 무거운 원소인 산소 등이 늘어나게 됐다고 추정한다.
산소는 현재 지구의 핵을 이루는 철에 비해 가벼운 원소로 취급되지만, 우주 초기에는 충분히 무거운 원소였다. 이 때문에 산소는 초기은하 형성에 필요한 핵심 요소로 꼽히는 지표다. 즉, 산소의 존재를 통해 주변에 물질이 많았으며 별들이 생성될 가능성이 높아 은하로 이어질 확률이 크다고 판단할 수 있다.
연구팀은 또 MACS1149-JD1에서 산소를 관측했다고 밝혔다. 산소는 별에서 생성된 뒤 별이 소멸할 때 은하의 가스구름으로 방출되기 때문에 산소가 있다는 것은 별이 이미 생성돼 존재하다 소멸했다는 것을 뜻한다.
연구팀은 지난 2012년 처음 관측된 MACS1149-JD1이 지구에서의 거리가 정확히 측정된 은하 중 가장 먼 곳에 있는 은하라고 밝혔다. 은하 'GN-z 11'이 허블우주망원경으로 관측한 결과, 134억광년 떨어진 곳에 있는 것으로 나타
났으나 이는 정확도가 떨어진다고 설명했다.
논문 공동저자인 리처드 엘리스 연구원은 "MACS1149-JD1을 통해 현재의 시설을 갖고 은하를 찾을 수 있는 한계를 넘어 탐구할 수 있었다"면서 "우리가 별의 생성을 직접 목격하는데 점점 더 근접해 가고 있다는 낙관론이 다시 부상하고 있다"고 했다.
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