우주 이야기 1577 - 우주 극초기 폭발한 초신성을 보다.

 (Credit: Artwork - NASA, ESA, NSF's NOIRLab, Mark Garlick, Mahdi Zamani)

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제임스 웹 우주 망원경이 우주 극초기에 발생한 초신성 폭발의 증거를 확인했습니다. 이 폭발은 당초 2025년 3월 14일, SVOM(Space-based Variable Object Monitor)가 긴 지속 시간의 감마선 폭발(Long-duration Gamma-Ray Burst, GRB)인 GRB 250314A를 탐지한데서 시작했습니다. 이후 110일이 지난 시점에 제임스 웹 우주 망원경은 NIRCAM(근적외선 카메라)을 통해 해당 위치에서 초신성(Supernova)이 폭발한 흔적을 찾아냈습니다.

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이를 분석한 국제 과학자 팀은 이 폭발이 적색편이 (Z=7.3)에서 일어난 사건임을 확인했는데, 이는 우주 나이의 5%에 지나지 않은 초기 시점입니다. 이는 이론적인 존재이지만, 우주 초기에 분명 있었을 것으로 보이는 종족 III (무거운 원소가 거의 없는 1세대 별로 매우 크기 때문에 빠르게 초신성 폭발로 사라짐)의 시기와 거의 비슷합니다. 따라서 종족 III에 해당하는 1세대 별의 최후일 가능성이 높습니다.

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감마선 폭발 (GRB)는 별의 붕괴(collapsar 모델)로 설명하는데, 이 과정에서 초신성이 동시에 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 지금까지 사례는 모두 멀어 봐야 적색 펀이 Z=2 이내로 아주 먼 초기 우주의 일은 아니었습니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 관측 능력을 토대로 아주 멀리 있는 초신성의 잔해를 파악해 우주 초기에 발생한 감마선 폭발 역시 초신성 폭발과 연관이 있다는 것을 알 수 있었습니다.

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이 연구에서 가장 흥미로운 부분인 이렇게 초기 초신성 폭발임에도 가까운 거리에서 발생한 GRB 관련 초신성 폭발과 큰 차이가 없었다는 것입니다. 과학자들은 종족 III 별이 매우 무거워서 초신성 폭발 규모도 더 클 것으로 생각했지만, 이번 경우에는 그렇지 않았습니다. 물론 실제로는 더 큰 초신성 폭발이 흔했는데, 이번에 관측한 것만 규모가 작았을 가능성도 있습니다.

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이를 구체적으로 밝혀내기 위해서는 앞으로 우주 극초기 종족 III에 의한 것으 보이는 초신성 폭발의 증거들을 찾아야 합니다. 제임스 웹 우주 망원경의 활약이 앞으로 더 커져야 하는 이유입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-12-supernova-dawn-universe-captured-james.html

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A. J. Levan et al, JWST reveals a supernova following a gamma-ray burst atz≃ 7.3, Astronomy & Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202556581