제임스 웹 관측 ‘휘어진 빛’, 135억년 前 은하 생성 비밀 푼다

[새 망원경이 포착한 우주]
우주 태초의 빛과 만나다
NASA, 제임스 웹 망원경으로 관측한 영상 공개

NASA 제공

이 반짝임 속에 ‘우주 태초의 빛’이 담겨 있을까.

허블 우주망원경을 뛰어넘는 성능을 갖추고 지난해 12월 25일 발사된 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 관측한 영상이 11일(현지 시간) 처음 공개됐다. 현재까지 인류가 촬영한 우주 천체 사진 중 가장 해상도가 높은 사진이다. 미국 항공우주국(NASA)이 JWST로 본 이 총천연색 영상은 지구로부터 46억 광년(1광년은 9조4607억 km) 떨어져 있는 ‘SMACS 0723’ 은하단의 모습이다. 가운데 강한 빛의 가장자리에 보이는 휘어진 빛은 ‘SMACS 0723’ 은하단보다 훨씬 더 멀리 떨어진 초기 우주에서 온 빛으로 추정된다. 약 135억 년 전의 빛일 가능성이 있다. 은하단의 강한 중력으로 빛이 증폭되고 휘어져 보이는 ‘중력 렌즈’ 현상이 나타났다.

138억 년 전 빅뱅으로 태어난 우주에선 그로부터 약 3억 년 후 은하들이 생겨났다고 한다. 하지만 인류는 135억 년 전으로 추정되는 ‘태초의 빛’ 생성 과정을 아직 밝혀내지 못했다. 사진에 담긴 휘어지고 희미한 빛들에는 우리가 간절히 알고 싶어 하던 우주 탄생의 비밀이 있다.

미국항공우주국(NASA·나사)이 제임스웹 우주망원경(JWST)을 통해 관측, 12일(현지시간) 공개한 카리나 성운(Carina Nebula·용골자리 성운)의 모습. NASA 홈페이지

NASA, 제임스 웹 망원경사진 공개

13조원 들여 제작… 작년 12월 발사, 지구서 150만km 떨어진 곳서 관측
46억 광년 거리 은하 고해상도 포착
중력-원심력 상쇄 ‘빛의 왜곡’ 없고 중력 렌즈 현상, 멀리서 온 빛 보여
바이든 “인류에게 역사적인 순간”

인류 역사상 가장 규모가 크고 강력한 차세대 우주망원경 ‘제임스 웹 우주망원경(JWST)’의 첫 총천연색 관측 이미지가 공개됐다. 지금껏 가장 해상도가 높은 우주 천체 이미지다. 11일(현지 시간) 조 바이든 미국 대통령은 백악관에서 JWST가 관측한 ‘SMACS 0723’ 은하단 이미지를 공개했다. 이 은하단은 지구에서 약 46억 광년(1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억 km) 떨어져 있다.

○ “휘어진 빛은 태초의 빛일 가능성 높다”

JWST는 과거 허블 우주망원경이 관측했던 천체를 촬영해 공개했다. 그런데 기존 허블의 관측 이미지에서 볼 수 없었던 휘어진 은하들이 드러났다. SMACS 0723 은하단보다 훨씬 더 멀리서 온 천체의 빛이다. SMACS 0723 은하단의 강한 중력이 이 빛을 확대해 휘어짐을 일으키는 ‘중력 렌즈’ 현상이 나타난 것이다. 미 항공우주국(NASA) 측은 “이미지에서 중력 렌즈 현상을 보이는 천체나 흐릿한 천체는 SMACS 0723 은하단보다 훨씬 멀리 떨어져 있는 것”이라며 “우주 초창기에서 온 빛일 가능성이 높다”고 밝혔다. 바이든 대통령은 “과학과 기술, 우주 탐험과 인류 모두에게 역사적인 순간”이라고 말했다.

WASP-96b는 지구에서 1150광년 떨어진 외계 행성이다. NASA 제공.

13조 원을 투입해 제작한 최첨단 적외선 우주망원경인 JWST는 1960년대 미국의 유인 달 탐사 프로그램인 ‘아폴로 프로젝트’를 이끈 제임스 웹 NASA 2대 국장(1906∼1992)의 이름에서 따왔다. 지난해 12월 25일 발사돼 올해 1월 지구에서 150만 km 떨어진 임무 지역인 라그랑주 L2 지점에 안착했다. 이 지점은 중력과 원심력이 상쇄돼 빛의 왜곡이 없기 때문에 우주 관측에 유리하다.

JWST가 등장하기 전 우주망원경의 강자는 허블 우주망원경이었다. NASA가 1990년 4월 고도 547km의 지구 저궤도에 쏘아 올려 30년 이상 관측해 왔다. JWST는 가시광선과 근적외선만 관측할 수 있었던 허블과 달리 중적외선 영역의 빛 파장까지 관측할 수 있다. 해상도도 100배 이상 높다.

○ “우주 탐색의 가능성 넓혔다”

제임스 웹 우주망원경이 관측한 남쪽고리 성운(왼쪽 사진)과 스테팡 5중 은하의 이미지. 제임스 웹 우주망원경은 이 밖에 용골자리 대성운과 외계행성 WASP-96b도 관측했다. NASA 홈페이지

지구에서 2000광년 떨어진 남쪽고리성운은 지름이 0.5년에 이른다. NASA 홈페이지

NASA는 5년 전부터 JWST의 관측 성능을 가장 잘 알릴 수 있는 천체를 논의하고 검토한 것으로 알려졌다. SMACS 0723 은하단 외에도 4개의 천체를 추가로 관측해 12일 공개했다. 600광년 떨어져 있는 ‘용골자리 성운’과 1150광년 떨어진 외계 행성 ‘WASP-96b’, 2000광년 떨어진 ‘남쪽꼬리 성운’, 2억9000만 광년 거리의 ‘스테팡 5중 은하’다. JWST는 앞으로 우주 생성 초창기의 비밀을 풀고 외계 행성과 생명체 발견 등을 주제로 관측을 진행한다. 빌 넬슨 NASA 국장은 이번 관측 이미지에 대해 “지금까지 찍은 우주의 모습 중 가장 깊은 곳”이라면서도 “사진 속의 우주는 쭉 뻗은 팔 끝에 쥐고 있는 하나의 모래알 크기에 불과한 작은 영역”이라고 했다.

양성철 한국천문연구원 책임연구원은 “135억 년 전 우주에서 처음으로 은하들이 생성되기 시작한 초창기 천체들의 구조를 자세히 들여다볼 수 있게 돼 우주 탐색의 가능성을 넓힌 게 이번 관측의 가장 중요한 의미”라고 설명했다.

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김민수 동아사이언스 기자 reborn@donga.com
고재원 동아사이언스 기자 jawon1212@donga.com
워싱턴=문병기 특파원 weappon@donga.com