1% 진짜 우주는 우리의 기대를 아득히 넘어섰다[코스모스토리]

우주의 아름다운 순간 : 월간 우·아

코스모스토리 속 우주의 아름다운 순간을 모아 전해드리는 '월간 우·아'입니다. 인류는 오랜 시간 우주를 탐구하면서 다양한 발견을 했습니다. 망원경으로 포착한 광활한 우주공간 속 놀라운 결과물을 모아 매달 소개합니다.

1. 우주의 3D 지도를 만든다는 유클리드의 진정한 첫 결과물이 공개됐습니다.
2. 지금까지는 보이지 않던 은하단 G165의 la형 초신성이 제임스 웹의 적외선 관측으로 관측됐습니다.
3. 우리 은하 속 가장 사나운 쌍성계의 공연 '물병자리 R'을 10년간 관측한 결과물이 공개됐습니다.
4. 얼굴처럼 생긴 두 나선 은하가 충돌하는 현장을 허블과 제임스 웹이 관측했습니다.

1% 진짜 우주는 우리의 기대를 아득히 넘어섰다

유클리드가 남쪽 하늘 관측 데이터를 합친 이미지 전경. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

유클리드의 남쪽 하늘 관측 이미지를 3배 확대한 장면. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

유클리드의 남쪽 하늘 관측 이미지를 12배 확대한 장면. 나선은하 NGC 2188(왼쪽 흰색 원형 천체)과 아벨 은하단 3381(오른쪽의 사선으로 줄지어 배치된 천체 주변) 의 모습. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

유클리드의 남쪽 하늘 관측 이미지를 36배 확대한 장면. 아벨 은하단 3381의 중심부 모습. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

유클리드의 남쪽 하늘 관측 이미지를 150배 확대한 장면. 서로 상호작용하는 은하들. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

유클리드의 남쪽 하늘 관측 이미지를 600배 확대한 장면. 멀리서 소용돌이치는 나선 은하. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

가시광선과 근적외선을 통해 약 100억 광년까지의 우주를 관측할 수 있는 유클리드 우주망원경, 첫 풀컬러 사진이 공개된 지 약 1년이 지나면서 공식 결과물에 대한 기대가 커지고 있었는데요. 마침내 유럽우주국(ESA)이 공식 서베이 관측 결과물을 최근 공개했습니다.

지난달 15일(현지시간) 이탈리아 밀라노에서 열린 국제 우주대회에서 요제프 아슈바허 ESA 사무총장과 캐롤 먼델 과학국장은 208기가픽셀로 구성된 유클리드의 거대한 모자이크 우주 사진을 공개했습니다.

이번 사진은 올해 3월 25일부터 4월 8일까지 260회에 걸친 관측 결과를 합친 모자이크 사진으로 그 넓이는 남쪽 하늘의 132제곱도(보름달 면적의 약 8배), 보름달 면적의 500배가 넘는 규모입니다.

유클리드 관측 결과물 안내 이미지. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi; ESA/Gaia/DPAC; ESA/Planck Collaboration

유클리드는 가시광선과 근적외선 관측을 통해 100억 광년에 이르는 거리에 위치한 은하들의 모양과 거리 및 움직임을 관찰해 우주 3D 지도를 만들고 있습니다.

이번 관측 사진은 600배까지 확대할 수 있고 최대 확대 사진에서도 나선은하의 복잡한 구조를 식별할 수 있습니다.

사진에서 푸른색 연기처럼 보이는 것은 우리 은하계 안에 있는 가스와 먼지의 혼합물입니다. 이 존재는 은하수의 빛을 반사하면서 카메라에 포착됩니다.

ESA는 유클리드의 관측 목표를 발표할 때 일반적인 서베이 관측 외에도 세 군데 지역을 집중적으로 관측하는 딥필드 관측을 예고하기도 했었는데요. 딥필드 서베이 관측 지역을 포함한 지역의 관측 결과물은 내년 3월에 발표할 예정이라고 합니다.

제임스 웹과 중력렌즈로 바라본 la형 초신성

은하단 PLCK G165.7+67.0의 모습 오른쪽은 중력렌즈로 휘어진 은하 안에 보이는 Ia형 초신성의 모습. NASA, ESA, CSA, STScI, Brenda Frye (University of Arizona), Rogier Windhorst (ASU), S. Cohen (ASU), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU)

우주망원경과학연구소(STScI)는 지난달 1일 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 큰곰자리 방향에 위치한 은하단 PLCK G165.7+67.0(G165)를 근적외선 카메라(NIRCam)로 촬영한 사진을 공개했습니다.

은하단의 강력한 중력으로 인해 빛이 휘어 특이한 모양으로 보이는 이 천체에서 천문학자들은 이전에는 보지 못했던 특별한 점을 찾았습니다. 사진 가운데 세로로 늘어진 은하의 빛 안에 아주 작은 흰색 점이 보이는데요. 천문학자들의 분석 결과 별이 폭발하는 'Ia형 초신성'의 빛으로 판별됐습니다.

은하단 PLCK G165.7+67.0의 Ia형 초신성(SN 2a, SN 2b, SN 2c)과 주변 천체를 구분한 이미지. 온라인 과학 저널 '아카이브(arXiv)'에 등록된 논문 'The JWST Discovery of the Triply-imaged Type Ia "Supernova H0pe" and Observations of the Galaxy Cluster PLCK G165.7+67.0' 캡처

은하단 PLCK G165.7+67.0의 Ia형 초신성(2a, 2b, 2c)의 모습. 온라인 과학 저널 '아카이브(arXiv)'에 등록된 논문 'The JWST Discovery of the Triply-imaged Type Ia "Supernova H0pe" and Observations of the Galaxy Cluster PLCK G165.7+67.0' 캡처

Ia형 초신성은 핵융합이 끝나 생애 주기가 끝난 항성의 잔해인 백색왜성이 적색거성 등 외부 천체의 구성 물질을 흡수하면서 '찬드라세카르 한계(태양질량의 1.44배)'를 넘어서면 자신의 중력을 버티지 못해 붕괴하고 폭발하면서 발생합니다.

천문학자들은 지난해 3월 30일, 4월 22일, 5월 9일 세 번의 관측 데이터를 합쳐 넓은 적외선 파장 범위를 샘플링해 이번 사진을 얻었습니다. 이 세 번의 촬영을 통해 시간지연, 초신성의 거리 및 중력렌즈의 특성으로 허블 상수 값을 보다 정밀하게 산출하게 됐습니다. 이 데이터들로 천문학자들은 우주팽창에 대한 속도 변화를 보다 더 이해하기 위한 자료로 사용될 것입니다.

우리 은하 속 가장 사나운 별의 이중주 '물병자리 R'

공생 쌍성 '물병자리 R' 전경. NASA, ESA, M. Stute, M. Karovska, D. de Martin & M. Zamani (ESA/Hubble)

물병자리 방향 약 700광년 거리에 떨어진 공생 쌍성 '물병자리 R(R Aquarii)'은 백색왜성과 적색거성 단계에 이른 '미라형 변광성'으로 구성된 쌍성계로 거대한 가스 필라멘트를 분출하는 격렬한 천체입니다.

이 천체는 44년의 궤도 주기를 따라 두 항성이 근접했을 때 백색왜성이 중력에 의해 수소 가스 등 물질을 빨아들입니다. 그 후 왜성 표면에서 핵융합을 일으켜 거대한 수소 폭탄처럼 폭발이 발생합니다. 그 후 폭발이 끝나면 다시 물질을 빨아들이는 연료 공급의 주기가 다시 시작됩니다.

이 현상은 별이 우주로 뿜어내는 핵에너지 구성 산물을 어떻게 재분배하는지 보여주는데요. 수소와 헬륨보다 무거운 탄소, 질소, 산소 등 무거운 성간 물질이 어떻게 우주로 방출되는지 알려줘 천문학자들에게 주요 연구 대상이 되고 있습니다.

물병자리 R 천체를 허블우주망원경으로 2014년부터 2023년까지 관측한 타임랩스 이미지. NASA, ESA, Matthias Stute , Margarita Karovska , Davide De Martin , Mahdi Zamani , N. Bartmann

허블 우주망원경(HST)은 이 천체를 지난 2014년부터 지난해까지 타임랩스로 관측하면서 쌍성계의 극적인 진화 과정을 담아내기도 했습니다.

이 천체는 대부분은 녹색으로 보이지만, 파란색 영역이 생기거나 사라지는데요. 이는 회전하는 쌍성에서 생성된 등대 같은 빛줄기가 성운을 휩쓸고 지나가면서 빛을 비추기 때문에 발생합니다.

'우주 속 얼굴이 바라본다'…공포의 나선 은하 듀오

제임스 웹과 허블이 관측한 서로 상호 작용하는 한 쌍의 은하. 왼쪽이 막대 나선은하 IC 2163, 오른쪽은 중간 나선은하 NGC 2207 이다. NASA, ESA, CSA, STScI

10월의 마지막 날, 핼러윈 데이 답게 공포스러운 모습의 IC 2163(왼쪽)과 NGC 2207 두 나선은하가 근접해 서로 상호작용을 하고 있는 현장이 공개됐습니다.

큰개자리 방향으로 약 8100만 광년 거리에 위치한 두 나선은하는 맞물려 회오리치는 듯한 모습인데요. 마치 유령의 얼굴을 한 것처럼 보이기도 합니다. 이 비슷한 모양의 두 은하는 과거 수백만 년 전에 서로 스치듯 충돌을 했고 다시 두번째 충돌을 하기 위한 단계로 접어들었습니다.

IC 2163과 NGC 2207 한 쌍의 은하를 관측한 허블(왼쪽)과 제임스 웹의 결과물. NASA, ESA, CSA, STScI

이 천체는 제임스 웹의 중적외선 기기(MIRI)로 관측한 적외선 사진과 허블이 관측한 가시광선 사진을 합친 결과물입니다. 푸른색을 띄고 있는 부분이 가시광선을 기반으로 한 부분이고 분홍색으로 보이는 부분이 중적외선으로 관측된 부분입니다.

두 은하의 나선팔 여러 곳에는 새로운 별들이 생겨나고 있는데요. 두 은하핵의 눈꺼풀처럼 보이는 주변부에 밝게 빛나는 부분은 별들이 폭발적으로 생겨나는 곳입니다.

향후 수백만 년 동안 두 은하는 서로 반복적으로 충돌을 진행하게 될 텐데요. 그 과정에서 완전히 다른 모양의 나선팔이 생기고 두 은하의 핵은 합쳐져 더 밝은 하나의 눈으로 형성될지도 모르겠습니다.

놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다.

• 경이로운 우주의 다양한 모습은 매달 새롭게 공개됩니다.중력렌즈로 발견한 신비한 초신성을 통해 우주 팽창의 실마리를 더욱 알게 됐고 우리은하 속 가장 사나운 쌍성계, 광활한 밤하늘의 일부를 디테일하게 담아낸 우주 지도 그리고 두 나선 은하가 서로 충돌하는 모습을 경험했습니다.
  
  우리 눈에 보이는 가시광선의 파장을 넘어 적외선과 X선까지 인식의 한계를 넘어 우리은하와 그 너머에 존재하는 우주 끝자락 원시 은하까지 천문학자들의 관측은 계속됩니다. 한 달 뒤 우리는 또 어떤 신비로운 모습을 보게 될까요. 우주의 아름다운 순간, '월간 우·아' 다음 달에 다시 찾아뵙겠습니다.
  

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