우주 최초의 별은 어떤 것들이었을까요? 현재 관측 기술로는 이를 직접 관찰할 순 없지만, 과학자들은 이론적으로 이들이 어떤 존재인지 알고 있습니다. 종족 III(population III)라는 초창기 별들은 빅뱅 이후 생성된 주 원소인 수소와 헬륨, 그리고 극미량의 리튬 이외에는 다른 원소를 가지고 있지 않으며 가스의 밀도가 매우 높은 원시 은하에서 탄생했기 때문에 그 질량이 태양의 수백배 이상인 거대한 별들이었습니다.
그리고 역설적으로 매우 크기 때문에 훨씬 빨리 연소되어 초신성 폭발과 더불어 수백만년 만에 짧은 인생을 마감하게 됩니다. 이 과정에서 생성된 무거운 원소들은 지구와 같은 많은 행성들을 생성하는 원료가 되었습니다.
이 1 세대 별은 비록 우주 전체와 비교해서 매우 짧은 삶을 살았지만, 대신 그들이 만든 물질은 우리의 지구는 물론 우리 인간의 신체를 구성하는 데 사용되는 것이죠. 과학자들은 이 종족 III 별의 존재를 증명하기 위해서 많은 노력을 기울였지만, 현실적으로 이렇게 오래된 별을 관측하기는 쉽지 않습니다.
우주 초기에 있던 별을 관측할 수 있는 방법은 아주 멀리 떨어진 우주를 관측하는 것인데(예를 들어 130억 광년 떨어진 천체라면 빛이 오는 시간을 감안하건데 130억 년 전의 천체라고 할 수 있음) 이렇게 먼 거리에서 별을 관측한다는 것은 쉽지 않기 때문입니다. 사실 은하조차 관측이 어렵습니다.
(1세대 별인 종족 III 별의 상상도. Astronomers using W. M. Keck Observatory, ESO’s Very Large Telescope, Subaru Telescope and the Hubble Space Telescope have discovered by far the brightest galaxy yet found in the early Universe and found strong evidence that examples of the first generation of stars lurk within it. These massive, brilliant, and previously purely theoretical objects were the creators of the first heavy elements in history — the elements necessary to forge the stars around us today, the planets that orbit them, and life as we know it. The newly found galaxy, labelled CR7, is three times brighter than the brightest distant galaxy known up to now. Credit: David Sobral)
리스본 대학의 데이빗 소브랄(David Sobral)이 이끄는 국제 과학자팀은 지상에서 가장 거대한 망원경 - 켁 망원경, VLT, 스바루 망원경 - 과 허블 우주 망원경을 이용해서 이 어려운 과제에 도전했습니다. 이들이 현재 인류가 가진 가장 강력한 망원경을 동원해서 찾아낸 것은 사실 별 자체는 아니고 은하입니다.
130억 광년 정도 떨어진 위치에 있는 CR7 galaxy (COSMOS Redshift 7) 이라는 이 은하는 거리도 거리지만 밝기 때문에 주목을 받고 있습니다. 이 정도 거리에 있는 은하들 가운데서는 가장 밝기 때문입니다. 덕분에 과학자들은 이 은하에 스펙트럼을 분석해 어떤 물질로 구성되어 있는지 단서를 밝혀냈습니다.
이에 의하면 이 은하에서 주로 나오는 스펙트럼은 헬륨 영역에서는 강력하지만, 이보다 더 무거운 원소의 스펙트럼은 거의 발견할 수 없다고 합니다. 이는 1세대 별이 가질 것으로 생각되는 특징이라 매우 큰 주목을 받고 있습니다.
현재 관측 기술로 종족 III에 해당하는 별을 직접 관측할 수는 없습니다. 하지만 과학자들은 이번 연구 결과로 종족 III 별이 실제로 존재하며 언젠가 직접 관측이 가능할 것이라는 희망을 갖게되었습니다.
비록 우리는 아직 그 존재에 대해서 이제 알아가는 단계이지만, 이런 별에서 나온 물질들이 우리의 몸과 이 지구를 만들었다는 것은 확실합니다. 저 멀리 종족 III 별을 찾아가는 여정은 바로 우리의 근원을 찾아가는 여정이나 다를 바 없는 것입니다.
이 연구는 저널 Astrophysical Journal에 실렸습니다.
참고
"Evidence for PopIII-like stellar populations in the most luminous Lyman-α emitters at the epoch of re-ionisation: spectroscopic confirmation", by D. Sobral, et al
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