천문학자들은 가장 강력한 망원경을 동원해 가장 멀리 떨어진 천체를 관측하려고 노력합니다. 멀리 있는 천체를 관측할수록 오래된 천체를 관측하는 셈이니까요. 결국 우리가 직접 과거로 거슬러 올라갈 순 없지만, 망원경을 이용하면 과거의 우주의 모습은 볼 수 있다는 이야기입니다.
최근 캘리포니아 공과대학의 천문학자인 아디 지트린(California Institute of Technology (Caltech) astronomer, Adi Zitrin)과 그의 동료들은 10m 구경의 켁 망원경에 설치된 MOSFIRE라는 새로운 장비를 이용해서 적색 편이 Z=8.68에 해당하는 우주 초기의 은하를 발견했습니다. 이는 대략 빅뱅 후 6억 년 정도에 해당하는 은하라고 합니다.
(EGSY8p7 is the most distant confirmed galaxy whose spectrum obtained with the W. M. Keck Observatory places it at a redshift of 8.68 at a time when the Universe was less than 600 million years old. The illustration shows the remarkable progress made in recent years in probing early cosmic history. Such studies are important in understanding how the Universe evolved from an early dark period to one when galaxies began to shine. Hydrogen emission from EGSY8p7 may indicate it is the first known example of an early generation of young galaxies emitting unusually strong radiation. Credit: Adi Zitrin, California Institute Of Technology, 2015 )
이런 은하들은 찾기도 매우 어렵지만, 이번 관측에서 더 중요한 부분은 라이만 알파선(Lyman-alpha emission line)을 찾아냈다는 것입니다. 라이만 알파선은 아주 뜨거워진 수소 가스에서 나오는 강력한 자외선 파장의 에너지로 이는 새로 형성되는 별에서 흔히 관측할 수 있습니다. 따라서 이렇게 어린 은하에서 발견된다는 사실 자체는 놀랍지 않습니다. 지금 한창 별이 생성되는 순간일 테니 말이죠.
하지만 실제로 이를 관측한다는 것은 완전히 별개의 문제입니다. 왜냐하면 이 빛이 130억 광년이라는 시간을 지나오면서 얼마든지 분자 구름과 수소에 의해 흡수될 수 있기 때문이죠. 사실 이렇게 먼 은하에서 라이만 알파선을 관측한 것은 처음 있는 일이라고 합니다.
연구팀은 이를 이용해서 초기 은하의 중요한 정보를 얻을 수 있었습니다. 현재의 지배적인 이론에 의하면 우주는 빅뱅 이후 원자핵과 전자가 서로 분리되어 빛이 직진을 할 수 없는 형태였다가 온도가 낮아지면서 다시 원자가 결합하는 현상이 발생했다고 보고 있습니다.
이 현상은 빅뱅 후 대략 38만 년 이후 발생했는데, 이후에 다시 재이온화(reionization)과정이 발생했습니다. 재이온화가 일어난 이유는 1세대 별이 탄생하면서 강력한 항성풍과 에너지를 내놓기 때문입니다. 라이만 알파선이 다시 쉽게 투과할 수 있게 된 것은 빅뱅 이후 4억년 정도였다고 보고 있습니다.
이번 관측은 라이만 알파선을 직접 관측하므로써 초기 우주에서 일어났던 별과 은하의 형성을 이해는 데 큰 도움을 줄 것으로 예상하고 있습니다. 앞으로 더 강력한 장비가 개발되면 더 많은 정보가 수집될 것이고 정확히 우주 초기에 어떤 일이 있었는지를 이해하는 데 큰 힘이 될 것입니다.
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