(Astronomers found a pristine gas cloud in the proximity of one of the most distant quasars known, seen just 850 million after the Big Bang (1/14th of the universe's current age). The gas cloud absorbs some of the light from the background quasar, leaving signatures that allow astronomers to study its chemical composition. This is the most distant gas cloud for which astronomers have been able to measure a metallicity to date. This system has one of the smallest amount of metals ever identified in a gas cloud but the ratio of its chemical elements are still similar to what observed in more evolved systems. Credit: Max Planck Society)
과학자들이 첫 번째 별이 만든 원소를 품은 태초의 가스 구름을 발견했습니다. 빅뱅 직후 초기 우주에는 수소와 헬륨으로 구성된 가스는 풍부하고 별은 없었습니다. 우주가 팽창하면서 식은 후 가스가 뭉쳐 현재는 볼 수 없는 거대한 별이 탄생했는데, 이를 종족 III 별이라고 부릅니다.
태양 질량의 수백배에 달하는 종족 III 별은 수백만년 이내로 초신성 폭발과 함께 사라졌는데 이 때 리튬 보다 무거운 원소 (천문학에서 금속이라고 부르는) 들이 생성되어 우주로 뿌려졌습니다. 그러나 이 시기 우주의 가스 대부분은 별을 생성하는데 사용되지 않은 원시 가스로 남아 있었습니다.
에두아르도 바냐도스 (Eduardo Bañados of the Max Planck Institute for Astronomy)가 이끄는 천문학자팀은 칠레에 설치된 마젤란 망원경 (Magellan Telescopes at Las Campanas Observatory in Chile)을 이용해 이 시기의 원시 가스를 확인하는데 성공했습니다. 연구팀은 가장 멀리 떨어진 퀘이사 15개를 관측하던 중 P183+05가 특이한 스펙트럼을 지녔다는 사실을 확인했습니다.
이 독특한 스펙트럼은 퀘이사의 빛이 가까이 있는 가스를 통과하면서 나온 것으로 연구팀은 관측을 통해 금속 성분의 함량이 태양의 1/800 수준이라는 사실을 발견했습니다. 이 가스 구름은 빅뱅 직후 8억5000만년에 불과한 시점의 모습으로 생각됩니다. 물론 퀘이사 역시 그만큼 오래된 것입니다. 연구팀은 종족 III 별이 매우 이른 시기에 형성되었으며 우주 화학 구성에 영향을 미친 것 역시 그만큼 이른 시기에 이뤄졌다고 분석했습니다. 이 연구에 따르면 이미 금속의 등장은 우주 나이의 1/14 시기 이전에 이뤄진 것입니다.
과학자들은 멀리 떨어진 천체를 관측해 우주 초기의 모습을 알아내기 위해 노력하고 있습니다. 아직 10억년 이내의 젊은 우주에 대해서는 모르는 부분이 많지만, 최신 관측기기와 연구를 통해 이렇게 하나씩 밝혀지고 있습니다. 결국 과학자들은 태초에 어떤 일이 있어서 지금의 우주가 됐는지 더 상세히 밝혀낼 것입니다.
참고
Eduardo Banados, et al. A metal-poor damped Ly-alpha system at redshift 6.4. arXiv:1903.06186v1 [astro-ph.GA]: arxiv.org/abs/1903.06186
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