국제연구팀 "빅뱅 4억~6억년 후 중성 수소 가스 속 별 형성 중"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 빅뱅(Big Bang) 후 6억년이 채 되지 않은 초기 우주에서 차가운 중성 원자 가스가 뭉쳐 젊은 별이 만들어지고 있는 은하들을 포착했다.
덴마크 코펜하겐대 닐스 보어 연구소 카스퍼 하인츠 교수가 이끄는 국제 연구팀은 25일 과학 저널 사이언스(Science)에서 JWST 관측 데이터를 분석, 133억~134억년 전 우주에서 대부분 수소로 이루어진 차가운 중성 가스가 뭉쳐 별이 활발하게 형성되고 있는 은하 세 개를 발견했다고 밝혔다.
하인츠 교수는 "이전에는 JWST가 진화 후기 단계의 우주 초기 은하 모습을 보여주었다면, 이번에는 은하의 탄생 시점, 즉 우주에서 처음 항성계가 만들어지고 있는 장면을 직접 목격한 것"이라고 말했다.
연구팀은 이 연구에서 130억 광년 이상 떨어져 있는 초기 우주의 은하 12개에 대한 JWST 근적외선 분광기(NIRSpec) 관측 데이터를 정밀 분석했다.
은하의 빛이 은하 안팎 중성 가스에 의해 흡수되는 방식을 분석하는 모델을 사용해 새로 형성 중인 은하에서 나오는 가스와 다른 가스를 구별하는 방법으로 133억~134억년 전 별들이 활발하게 형성되고 있는 은하 3개를 찾아냈다.
이 은하들은 우주에서 가장 초기에 존재했던 원소인 수소와 헬륨만으로 이루어진 차가운 중성 가스에 둘러싸여 있는 것으로 나타났다.
연구팀은 JWST의 근적외선 관측장비가 매우 민감해 은하들을 둘러싼 이례적으로 많은 양의 차가운 중성 원자 가스를 감지할 수 있었다며 이 가스가 은하계에서 새로운 별이 형성되는 연료가 됐을 것이라고 밝혔다.
빅뱅 직후 우주는 수소 원자로 이루어진 거대하고 불투명한 기체 덩어리였으며, 별과 은하 사이의 가스는 반짝이는 별이 가득한 현재 우주공간과 달리 불투명했다.
우주 전체의 가스는 빅뱅으로부터 10억 년이 지난 후에야 완전히 투명해졌으며 은하의 별들이 주변 가스를 가열하고 이온화해 투명해지게 하는 데 기여했다.
하인츠 교수는 "발견된 초기 은하들은 중성적이고 불투명한 가스의 바다에서 반짝이는 섬들과 같다"며 "JWST가 없었다면 초기 은하를 관측하는 것도, 은하 형성 과정에 관한 정보를 얻는 것도 불가능했을 것"이라고 말했다.
논문 공동 저자인 다라크 왓슨 교수는 "JWST 데이터 분석 결과 이들 은하는 대부분 젊은 별로 이루어진 것으로 나타났다"며 "주변이 거대한 가스 저장소 같다는 것은 은하들이 대부분 별을 형성할 시간이 충분치 못했음을 시사한다"고 말했다.
◆ 출처 : Science, Kasper E. Heintz et al., 'Strong damped Lyman-α absorption in young star-forming galaxies at redshifts 9 to 11', www.science.org/doi/10.1126/science.adj0343
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