한겨레

적외선을 관측하는 제임스웹우주망원경과 가시광선을 관측하는 허블우주망원경이 합작해 완성한 은하단 사진이 공개됐다.

미 항공우주국(나사)의 우주망원경과학연구소가 9일 공개한 이 합작품은 43억광년 떨어진 곳에 있는 MACS0416으로, 충돌 과정에 있는 한 쌍의 은하단이다. 과학자들은 먼 훗날 하나로 합쳐지게 될 이 은하단에 깜박이는 별무리들이 포함돼 있는 점을 반영해 ‘크리스마스 트리 은하단’이란 별칭을 붙였다.

나사는 이 사진은 2014년에 시작한 허블의 프런티어 필드(Frontier Fields) 관측 프로그램을 통해 처음으로 관측한 가시광선 원본 사진에 제임스웹의 적외선 관측 데이터를 보강한 것이라고 밝혔다. 제임스웹의 적외선 관측 장비는 허블의 가시광선 카메라로는 볼 수 없는 우주먼지 너머의 모습을 꿰뚫어 볼 수 있다. 두 사진이 합쳐지면서 전에 없이 상세한 사진이 완성됐다.

사진에는 가시광선의 파란색 영역에 해당하는 0.4마이크론(1마이크론=100만분의 1m) 파장부터 근적외선에 해당하는 5마이크론에 이르는 아주 넓은 범위의 빛이 두루 반영돼 있다. 과학자들은 가장 짧은 파장엔 파란색, 가장 긴 파장엔 빨간색, 그 중간의 파장엔 녹색과 노란색을 입혔다. 파란색일수록 가깝고, 붉은색일수록 더 멀다. 우주망원경과학연구소는 “이렇게 해서 나온 컬러 사진은 역대 가장 포괄적인 우주 사진 가운데 하나가 됐다”고 밝혔다.

깜박이는 14개의 물체는 뭘까

연구진의 일원인 미주리대 양 하오징 교수(천체물리학)는 성명에서 “크리스마스 트리 은하단이라는 이름을 붙인 것은 이 은하단이 매우 다채로운데다, 그 안에서 깜박이는 빛을 발견했기 때문”이라고 말했다. 그는 “이 천체는 갑자기 수십배 밝아졌다가 사라지므로 마치 이동식 돋보기를 통해 들여다보는 것과 같다”고 덧붙였다.

연구진은 완성한 사진에서 14개의 이런 현상을 찾아냈다. 이 가운데 12개는 허블우주망원경에서는 발견하지 못한 것이다. 이들은 중력렌즈에 의해 크게 확대된 3개의 은하에 위치해 있는데, 하나 또는 몇개의 별일 가능성이 크다고 연구진은 밝혔다. 나머지 2개는 상대적으로 덜 확대된 은하에 위치해 있으며 초신성일 가능성이 큰 것으로 추정했다. 중력렌즈란 멀리 떨어진 천체에서 나온 빛이 거대한 천체들의 중력 영향을 받아 빛이 증폭되면서 굴절돼 보이는 현상을 말한다.

빛을 4천배 증폭시킨 중력렌즈의 실체

천문학자들은 특히 이 가운데서 중력렌즈의 힘에 의해 무려 4천배 이상 증폭돼 보이는 빅뱅 30억년 후의 별무리에 주목했다. 연구진은 9년 전 허블우주망원경에서도 확인됐던 이 별무리에 모스라라는 별칭을 붙였다. 모스라는 일본 괴수 영화에 등장하는 나방 모습의 괴물이다.

연구진은 이렇게 강력한 중력렌즈가 가능하려면 모스라 앞쪽의 크리스마스 트리 은하단 외에도 태양의 1만~100만배에 이르는 거대한 우주 물체가 있어야 할 것으로 추정했다. 논문 제1저자인 스페인 칸타브리아물리학연구소의 호세 디에고 박사(천문학)는 “그러나 이 추가 중력렌즈의 정체는 알지 못한다”며 “현재 가장 그럴듯한 설명은 제임스웹이 직접 볼 수 없을 정도로 희미한 구상 성단일 수 있다는 것”이라고 말했다.

이번 연구는 두개의 논문으로 발표됐다. 하나는 ‘천문학과 천체물리학 저널’(Astronomy and Asphysics Journal)에 게재됐으며, 다른 하나는 ‘천체물리학 저널’(Asphysical Journal) 게재가 승인된  상태다.

*논문 정보

https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.07579

https://doi.org/10.1051/0004-6361/202347556

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr