[아하! 우주] 제임스웹 망원경, 아기별 탄생 비밀 잡아냈다

[서울신문 나우뉴스]

NASA의 제임스웹 우주망원경 근적외선 카메라로 촬영한 NGC 346 성단 이미지. 지구에서 20만 광년 떨어진 성운 내에 있는 역동적인 성단이다.(출처/ NASA, ESA, CSA 외)

제임스웹 우주망원경(JWST)이 생성한 새로운 이미지는 100억 년 전 ‘우주의 정오’ 기간 동안 초기 별이 어떻게 형성되었는지에 그 실마리를 담고 있는 것으로 밝혀졌다. 지구에서 약 20만 광년 떨어져 있는 소마젤란 은하는 우리은하의 가장 가까운 위성 은하 중 하나로, 수소와 헬륨보다 무거운 금속이 부족한 것으로 유명하다.

은하계에서 이러한 금속의 수준은 우주의 초기 역사 동안 은하가 어땠는지 연구하는 데 필요한 초기 우주의 환경을 반영한다. 그 무렵 우주의 나이는 겨우 20억 년에서 30억 년 사이였고, 별 형성이 절정에 달했던 시기였다. 다양한 망원경 임무가 과거에 소마젤란 은하를 연구했지만, 풀리지 않는 의문점들은 여전히 많았다.

이 연구의 저자 중 한 명인 대학우주연구협회의 천문학자 마가렛 마이스너는 “웹 망원경은 이러한 것들을 현장에서 몇 분 정도면 찾아내는데, 이게 바로 웹 힘”이라고 밝혔다. 아미스너는 지난 11일 미국 시애틀에서 열린 미국천문학회 241차 회의에서 웹을 사용하여 NGC 346의 초기 이미징 결과를 공유했다.

‘가스와 먼지 리본’​

우주 먼지는 별과 행성이 생성될 때 형성되며, 생성 과정이 중단되면 그 사이의 공간인 성간 매체가 되어 맴돌게 된다. 이러한 과정의 파생물인 먼지는 별과 행성과 유사한 중금속으로 만들어진다. 지금까지 천문학자들은 탄소, 산소, 철과 같은 무거운 원소(모두 소마젤란 은하에서 낮은 농도로 존재함)가 결국 지구형 행성이 물질화되는 먼지를 형성하는 데 필요하다고 생각해왔다.

따라서 천문학자들이 NGC 347을 연구하기 위해 웹의 강력한 근적외선 카메라(NIRCam) 장비를 사용했을 때 그들은 성간 매질에서 ‘가스와 먼지 리본’을 발견하고 놀랐다. 이 발견은 금속이 적음에도 불구하고 NGC 347이 먼지가 많고 암석 행성 시스템을 형성하는 데 필요한 구성 요소를 가지고 있다는 초기 증거다.

웹의 근적외선 카메라 필터 6개를 사용하여 팀은 ‘적외선 과잉’이라고 부르는 출처를 3만 3000개 이상 찾았다. 질량이 작은 별에서는 주변 잔해 원반의 먼지가 별빛을 흡수하여 적외선 파장으로 다시 방출한다. 따라서 천문학자들이 적외선 방출을 감지하면 일반적으로 먼지를 감지했음을 의미한다.

과거에도 망원경으로 NGC 346을 연구한 바 있지만, 천문학자들이 우주 먼지를 이미지화한 것은 이번이 처음이다. 예컨대, 현재 은퇴한 스피처 적외선 망원경은 같은 지역에서 87개의 젊은 거성들을 발견했지만, 그보다 더 작은 별을 식별할 만큼 강력하지 않았다. 허블우주망원경 역시 성운 전체에 흩어져 있고 가스와 먼지 필라멘트를 통해 서로 연결되어 있는 수천 개의 예비 주계열성을 발견했다. 그러나 허블이 이 별들을 둘러싼 먼지를 뚫고 들여다볼 만큼 강력하지 않았기 때문에 이번처럼 많은 별들이 발견되지는 않았다.

웹 망원경은 이제 천문학자들이 먼지로 뒤덮인 별을 밝히고 스피처가 감지할 수 있는 것보다 10등급 아래에 도달하고, 허블이 주계열성 이전의 별에 대해 할 수 있는 것보다 2등급 더 희미한 가장 어린 별을 찾는 데 도움을 주고 있다. 적외선 파장에서 별 형성 영역을 검색함으로써 천문학자들은 눈에 보이지 않거나 광학 파장에서 잘못 식별되는 많은 별을 발견할 수 있었다.

앞으로 몇 달 동안 천문학자들은 추가 연구를 통해 소마젤란 은하의 별 형성 과정이 우리가 배운 것과 어떻게 유사하거나 다른지를 알아낼 수 있기를 기대하고 있다. 그들은 또한 이 영역에서 원시별을 계속 관찰할 계획이다. 이 연구는 논문 사전 공개 사이트 아카이브(arXiv) 1월 10일자에 게시된 논문에 설명되어 있다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com

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