우주 이야기 1331 - 우주 초기의 탄소가 풍부한 먼지를 확인한 제임스 웹 우주 망원경

(Galaxy JADES-GS-z6 in the GOODS-S field: JADES (NIRCam image). Credit: ESA/Webb, NASA, ESA, CSA)

초기 우주에는 빅뱅 직후 생성된 수소와 헬륨보다 더 무거운 원소가 거의 없었습니다. 초기에 등장한 무거운 초신성들이 폭발과 함께 무거운 원소를 뿌리면서 행성이 생길 수 있는 무거운 원소들이 생성됐습니다. 이 가운데 탄소는 생명의 기본 물질로 큰 의미가 있습니다.

최근 제임스 웹 우주 망원경은 우주 초기에 형성된 탄소의 흔적을 찾아냈습니다. 케임브리지 대학 카블리 우주 연구소의 조리스 윗스톡 박사 (Dr. Joris Witstok from Cambridge's Kavli Institute for Cosmology)가 이끄는 연구팀은 빅뱅 직후 10억 년 이내의 매우 짧은 시간에 다환 방향족 탄화수소 (polycyclic aromatic hydrocarbon, PAH) 같은 복잡한 유기물 분자가 형성되었다는 증거를 확인했습니다.

사실 다환 방향족 탄화수소나 흑연으로 이뤄진 작은 입자들은 스펙트럼 상에서 217.5nm 파장에서 흡수됩니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 파장은 이보다 약간 긴 226.3nm이었습니다. 이것은 단순히 흑연이나 수소가 만나 이뤄진 다환 방향족 탄화수소 이외에 다아이몬드 같은 단단한 탄소 입자들이 섞여 있다는 점을 시사하는 결과입니다.

아무튼 이런 먼 거리에서 탄소 분자의 존재를 확인할 수 있었던 것은 제임스 웹 우주 망원경의 남다른 민감도 때문에 가능했습니다. 특히 근적외선 분광기 (Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)) 힘이 컸습니다. 본래 226.3nm 파장은 자외선 영역이지만, 우주 먼 곳에서 지구까지 이동하는 동안 적색 편이에 의해 적외선 영역으로 이동하기 때문에 제임스 웹 우주 망원경으로 관측이 가능했던 것입니다.

제임스 웹 우주 망원경은 과거 어떤 망원경으로도 불가능했던 영역을 관측하고 있습니다. 우주 초기의 탄소나 탄소 화합물의 존재 역시 그런 경우인데, 이렇게 오래전부터 유기물이 존재했다면 그동안 지적인 외계인이 우주 어디선가 여럿 생겼을지 않았을까 하는 엉뚱한 생각이 듭니다.

참고

https://phys.org/news/2023-07-webb-carbon-rich-grains-billion-years.html

Joris Witstok, Carbonaceous dust grains seen in the first billion years of cosmic time, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06413-w. www.nature.com/articles/s41586-023-06413-w

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