한겨레

100억달러를 투입한 ‘사상 최대 천문학 프로젝트’ 제임스웹우주망원경이 처음으로 관측해 공개한 우주는 46억년 전에 탄생한 것으로 추정되는 은하단 ‘SMACS 0723’이었다.

조 바이든 미국 대통령은 11일 오후 6시(한국시각 12일 오전 7시) 백악관에서 카멀라 해리스 부통령, 빌 넬슨 미국항공우주국장 등이 배석한 가운데 제임스웹망원경이 보내온 첫 사진을 직접 공개했다.

미국항공우주국(나사)은 “사진 속의 우주가 하늘에서 차지하는 부위는 쭉 뻗은 팔끝에 쥐고 있는 하나의 모래알 만한 크기에 불과한 작은 영역”이라고 밝혔다. 이 작은 우주 조각에 수천개의 은하가 자리잡고 있다.

나사는 “이 은하단 사진은 역대 가장 깊고 선명한 적외선 사진으로 근적외선카메라(NIRcam)로 총 12.5시간 동안 다양한 파장으로 촬영한 이미지를 합성한 것”이라고 밝혔다. 나사는 “이는 허블우주망원경의 적외선으로 몇주간 촬영한 것에 비유할 수 있다”고 설명했다.

이 은하단을 구성하는 별들의 엄청난 질량은 중력렌즈 역할을 한다. 중력렌즈란 매우 멀리 떨어진 천체에서 나온 빛이 은하단 같은 거대한 천체들의 중력 영향을 받아 빛이 증폭되면서 굴절돼 보이는 현상을 말한다. 은하단의 중력이 돋보기 역할을 하는 셈이다. 돋보기 렌즈는 빛을 한 점에 모으지만, 중력렌즈는 초점이 없어 한 곳에 모이지 않고 여러 개의 상을 만든다.

이에 따라 제임스웹의 은하단 사진 역시 그 뒤쪽에 있는 훨씬 더 먼 은하를 확대해 보여준다. 제임스웹의 근적외선카메라는 중력렌즈를 이용해 뒤쪽에 있는 은하에 이미지의 초점을 맞췄다. 사진 가장자리에 보이는 별들이 중력렌즈에 의해 증폭되고 휜 것들이다. 이 별들의 형성 시기는 앞쪽 은하단보다 훨씬 앞선 초기 우주일 것으로 예상된다. 나사는 “이 은하들은 이전에 볼 수 없었던 작고 희미한 구조를 가지고 있다”고 밝혔다.

이 사진은 제임스웹망원경이 최초로 공개하기로 한 5개의 사진 가운데 하나다.

이날 공개는 애초 예정했던 것보다 하루 앞당겨진 것이다. 나사는 애초 12일 오전 10시30분(한국시각 오후 11시30분) 첫 관측 대상으로 선정한 5개의 천체 사진을 공개하고 설명회를 열 예정이었다. 그러나 지난 주말을 거치며 이 가운데 1개 사진은 백악관이 공개하는 것으로 변경했다.

나머지 4개의 사진은 12일 오전 10시30분(한국시각 오후 11시30분) 공개된다. 나머지 4개는 용골성운, 남쪽고리성운, 외계행성 WASP-96, 스테판 5중주 은하군이다.

이 사진들은 제임스웹이 지난해 12월25일 지구를 출발해 지구에서 100만마일 떨어진 우주 공간에 자리를 잡고 6개월간 준비를 한 뒤 내놓은 첫 결과물이다.

제임스웹의 첫 관측 대상은 미국항공우주국(나사)과 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA). 우주망원경과학연구소 대표로 구성된 국제위원회에서 결정했다.

10년을 기본 활동기간으로 삼고 있는 제임스웹의 과학 임무는 크게 두 가지다. 하나는 우주 탄생 초기, 즉 빅뱅이 일어나고 2~3억년 후의 별과 은하를 관찰하는 것이다. 우주 진화 역사의 뿌리를 찾기 위한 것이다.

다른 하나는 태양계 밖의 행성, 즉 외계 행성을 탐색하는 것이다. 이는 지구 밖에 다른 생명체의 세상이 존재하는지를 알아내기 위한 것이다.

제임스웹우주망원경이 임무를 수행하는 데 가장 중요한 도구는 적외선이다. 현재의 주력 우주망원경인 허블우주망원경은 주로 가시광선으로 관측하는 광학망원경이다. 반면 제임스웹은 가시광선보다 파장이 더 긴 적외선을 이용해 관측한다. 적외선은 인간의 눈으로는 볼 수 없지만 모든 물질에서 방출되는 전자기파다. 가시광선으로는 볼 수 없는 성간 먼지 뒤쪽의 모습까지 꿰뚫어 볼 수 있다.

이를 위해 제임스웹망원경에는 0.6~28.8마이크로미터의 적외선 파장을 측정할 수 있는 네개의 장비가 탑재돼 있다.

근적외선 카메라(NIRCam, 0.6~5마이크로미터), 근적외선 분광기(NIRSpec, 0.7~5마이크로미터), 중적외선기기(MIRI, 5~28.5 마이크로미터), 근적외선 이미저 및 슬릿리스 분광기(FGS/NRISS, 0.6~5마이크로미터)다.

아주 미세한 적외선도 잡아내기 위해 근적외선 기기는 234~237도, 중적외선 기기는 영하 267도의 극저온 상태를 유지하고 있다. 존 매더 제임스웹 담당 선임과학자는 “제임스웹은 달만큼 멀리 떨어져 있는 거리의 호박벌 체온까지 측정할 수 있을 정도로 강력하다”고 말한다.

나사는 제임스웹우주망원경이 궤도에 안착할 때까지 예상보다 적은 에너지를 소비한 덕에 최대 20년까지 관측활동을 수행할 수 있을 것으로 예상한다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr