우주의 나이가 3억 년이던 옛날 옛적에 생긴 항성들의 모습이 우리 은하의 중심부에서 관측됐다. 이는 관측된 물체 중 가장 오래된 것이다.
호주국립대 박사과정 학생인 루이즈 하우즈는 영국 케임브리지대 등에 소속된 공동 연구자들과 함께 이런 내용을 포함한 논문을 과학저널 '네이처'에 게재키로 하고 11일(현지시간) 온라인으로 발표했다.
하우즈는 보도자료에서 "이 항성들은 우리 은하보다 먼저 생겼으며, 이 항성들 주변을 둘러싸고 우리 은하가 형성됐다"고 설명했다.
빅뱅(대폭발) 후 한동안 우주에는 수소를 제외한 원소가 매우 드물었고, 빅뱅 2억 년 후께 처음 생겼을 것으로 추정되는 제1세대 항성들은 거의 전체가 수소로 이뤄져 있었다는 것이 과학자들의 설명이다.
거대한 제1세대 항성들은 수소를 원료로 삼아 핵융합 반응을 통해 헬륨, 리튬 등 수소보다 무거운 원소들을 만들어 냈고, 수명이 다했을 때 초신성(supernova)이나 그보다 더 강한 극초신성(hypernova) 폭발을 일으켜 이런 원소들을 주변 공간에 흩뿌렸다.
이렇게 흩어진 원소들은 다시 중력 등 요인에 의해 뭉쳐 제2세대 항성을 만들어 냈으며, 여기에는 수소 외의 무거운 원소들의 비중이 제1세대보다 늘어났다.
이런 과정을 여러 세대에 걸쳐 반복하면서 우주 전체와 항성들에 포함된 무거운 금속의 비율은 조금씩 늘어 왔다.
따라서 무거운 금속의 비율이 낮은 항성이 관측된다면 이는 오래전에 생긴 것이라고 할 수 있다.
하우즈 등 논문 저자들은 은하계의 중심부에서 금속의 비중이 낮은 23개의 항성을 찾았으며 이 중 9개는 태양과 비교해 금속 함량이 1천분의 1 미만이었다. 가장 금속 함량이 낮은 항성은 태양의 1만분의 1 수준이었다.
연구자들은 이 초기 항성들의 탄소와 철 함량이 당초 예상했던 것보다 낮은 점으로 보아 이들이 제1세대 항성의 극초신성 폭발로 흩뿌려진 물질들로부터 형성된 제2세대 항성일 것으로 보고 있다.
논문 공저자인 케임브리지대 천문학연구소의 앤드루 케이시는 "이번 연구는 우리 은하의 중심부에 오래된 별이 있다는 점을 확인했다"며 이 별들에 새겨진 화학적 흔적을 통해 오래전 우주의 모습을 알 수 있으며 이것이 당시 우주 모습에 접근하는 유일한 방법이라고 설명했다.
우리 은하의 중심부에서는 이번 연구에서 관측된 제2세대 항성보다 더 오래된 제1세대 항성도 관측이 가능할 것으로 보인다. 다만 항성이 매우 많기 때문에 이를 골라내는 것은 "건초 더미에서 바늘을 찾는 것"과 비슷하다고 케이시는 설명했다.