130억년 전 태초의 빛을 찍었다, 우주탄생 비밀 풀 실마리

중앙일보

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“팔을 뻗으면 닿을 수 있는 거리에 있는 모래 한 알. 그 크기만 한 밤하늘 한 조각 속에 빛나고 있는 수천 개의 은하들. 이들은 지금까지 관측할 수 있었던 그 어느 천체보다 가장 멀리 있으면서도 가장 선명하게 모습을 드러냈다.”

138억 년 우주 역사 속 첫 별의 비밀을 밝힌다는 제임스웹 우주망원경(JWST)의 첫 번째 관측 이미지를 빌 넬슨 미국 항공우주국(NASA) 국장은 이렇게 표현했다.

미국 항공우주국이 지난 11일(현지시간) 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 찍은 첫 번째 천체 이미지를 공개했다. 지구에서 46억 광년 떨어진 은하단 SMACS 0723을 중심으로 130억 광년 거리의 초기 은하가 함께 관측됐다. [사진 NASA]

바이든 “우주탐사의 역사적인 순간”

NASA가 11일 오후(현지시간) 조 바이든 미국 대통령이 백악관에서 주최한 공개 행사에서 JWST가 관측한 첫 번째 컬러 이미지를 공개했다. 바이든 대통령은 “오늘은 역사적인 날”이라면서 “천문학에 대한 과학기술과 인류 전체를 위한 우주탐사에 있어 역사적인 순간”이라고 말했다.

그래픽=김경진 기자 capkim@joongang.co.kr

이날 공개한 첫 사진 속에는 지구에서 46억 광년(1광년은 빛이 1년 동안 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 떨어진 은하단 ‘SMACS 0723’의 이미지를 중심으로 130억 광년 떨어진 초기 우주 은하들이 함께 나타났다. ‘SMACS 0723’ 은하단이 중력렌즈 역할을 하면서 그 뒤로 가려져 있던 130억 광년 너머 초기 은하의 모습이 붉고 길쭉하게 휘어진 모습을 하고 있다. 양성철 한국천문연구원 책임연구원은 “사진 전체에 걸쳐서 보이는 희미하고 작은 점들은 중력렌즈 효과와 관계없이 관측된 초창기 은하일 가능성이 높다”고 말했다.

사진은 JWST의 근적외선 카메라(NIRCAM)로 촬영한 것으로, 서로 다른 파장의 이미지들을 총 12시간 반의 노출을 통해 만들었다. 이번 사진과 유사해 보이는 허블 우주망원경의 울트라딥필드 사진은 JWST보다 해상도가 낮을 뿐만 아니라 촬영하는 데만 수주 이상의 시간이 걸렸다. 중력렌즈 효과로 드러난 은하단 뒤의 초기 우주 천체 또한 잡히지 않았다.

임명신 서울대 물리천문학부 교수는 “JWST가 우주 천체 역사의 시초를 보여줄 것이라고 기대했는데, 첫 번째로 공개된 사진이 바로 JWST의 그런 능력을 보여주고 있다”고 말했다.

그래픽=김경진 기자 capkim@joongang.co.kr

JWST는 빅뱅 직후인 우주 최초의 별을 관측하는 것 외에도 태양계 밖 외계행성 속 생명의 존재 가능성을 찾는 임무도 가지고 있다. 외계행성의 대기에서 나오는 적외선을 JWST에 실린 분광기를 이용해 분석하는 방법이다. 외계행성 대기 구성 성분에서 메탄과 산소같이 공존이 불가능한 대기 성분이 대량으로 발견되면 생명체가 존재한다고 판단할 수 있다.

임명신 서울대 교수는 “케플러 우주망원경이 그간 수많은 외계행성의 존재를 발견해 왔다면, 이제는 JWST가 생명이 실제 살아 있는 외계행성 발견을 통해 지구가 거대 우주 속에 유일하게 생명체가 사는 곳이 아님을 밝혀줄 것”이라고 말했다. 그는 또 “우주 탄생 2억~3억 년 뒤 만들어진 첫 별은 수소와 헬륨으로만 구성돼 있다고 예측되는데, JWST는 그 우주 탄생의 비밀을 풀어줄 것”이라고 덧붙였다.

제임스웹 망원경, 허블과 차원이 달라

JWST는 허블 우주망원경의 대를 이을 차세대 적외선 우주망원경으로, 지난해 12월 25일 크리스마스에 남미 프랑스령 기아나의 쿠루 우주기지에서 아리안-5 로켓에 실려 발사됐다. 최종 목적지는 지구에서 150만㎞ 떨어진 라그랑주 포인트 L2 지점으로 JWST는 지난 2월 이곳에 안착했다.

이곳은 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 곳이기 때문에 천체망원경이 태양을 중심으로 지구와 나란히 공전할 수 있다. 이 덕분에 관측하려는 천체를 지속해서 들여다볼 수 있다. 지구궤도를 90분에 한 번씩 돌면서 같은 사진을 여러 번 찍어 빛을 모으는 방식으로 특정 우주 지점을 관찰하는 허블 우주망원경과는 차원이 다른 방식이다. JWST는 그동안 자세 제어와 온도조절 등 기능 안정화 작업을 해왔다.

최준호 과학·미래 전문기자, 논설위원 joonho@joongang.co.kr