우주의 끝에서 발견된 것들

약 100년 전에 과학자들은 우리 은하가 우주 전부라고 생각했습니다. 그로부터 1세기 후, 이제 우리는 창조의 순간과 가장 가까운 130억 광년 이상 떨어져 있는 것들을 관찰하고 있습니다. 이번에 소개할 5가지의 발견되는 실제로 우주의 끝에서 발견된 것들입니다.

 

이들은 초기 우주가 얼마나 놀라운 장소였는지 간접적으로 보여주고 있습니다. 우연히 발견하게 된 60억 광년 떨어져 있는 중력 렌즈 은하는 가장 오래된 빛의 방향을 바꾸고 또 증폭시켰습니다. 이 오래된 빛은 퀘이사 JO439+1634에 의해 뿜어져 나왔습니다.

 

중력 렌즈 은하의 렌즈 효과로 인해 50배나 더 밝게 보였습니다. 이 수치는 우리 태양의 빛보다 600조 배나 더 밝은 빛이라고 할 수 있습니다. 빛을 내뿜고 있는 퀘이사는 태양의 7억 개 분의 질량을 가지고 있으며 128억 년 전에 만들어진 것으로 추정되고 있습니다. 재이온화가 이루어지는 동안에 발생한 이 오래된 빛은 젊은 우주를 뒤덮고 있던 불투명한 수소와 헬륨의 안개를 뚫고 우리에게 다가왔습니다.

 

우주는 마치 마녀가 사용하는 거대한 냄비 같아서 별의별 희한한 것들로 넘쳐나고 있습니다. 그리고 과학자들은 이 오래된 냄비 속에서 자연 그대로의 화석 가스 구름(화석 성운)을 발견해 냈습니다. 이것은 지금까지 발견된 가스 구름 중 세 번째로 발견된 것이며, 빅뱅이 일어난 지 15억 년 이후로 전혀 오염되지 않은 상태로 유지되었습니다.

 

또한, 이 화석 성운은 금속 물질 등의 무거운 원소로 오염되지 않은 가장 오래된 빅뱅의 흔적 중 하나입니다. 이것은 이 성운이 아직 별들이 금속과 같은 무거운 원소를 뿜어내지 못했을 때 만들어졌습니다. 즉 아주 먼 옛날에 잔여물이라는 것을 의미합니다.

 

과학자들은 375광년 떨어진 곳에서 아주 특별한 별을 발견했습니다. HP 11952는 수소와 헬륨으로 가득 차 있지만, 금속은 거의 없는 별입니다. 이러한 특징은 우주의 초창기 때 만들어진 별에서만 발견되는 특징입니다. 약 128억 년의 나이를 가진 이 별은 우리의 은하가 아직 아기였을 때 만들어졌습니다.

 

하지만 정작 과학자들을 놀라게 했던 것은 이별이 아니었습니다. 2012년에 과학자들은 이 별 근처에서 믿을 수 없을 정도로 놀라운 것을 발견하고 큰 충격을 받았습니다. 그것은 바로 이 별보다 더 오래된 두 개의 행성 때문이었습니다. 행성은 무거운 원소가 부족한 우주 초창기에 만들어지기 어려우므로, 과학자들은 이 행성의 정체에 대해서 열띤 토론을 벌였습니다. 그들은 HIP11952의 발견에 의해 가장 오래된 행성이 언제 형성되었는지에 대한 명확한 그림을 그릴 수 있게 되었다고 믿었습니다.

 

그러나 이러한 로맨틱은 예상치 못한 문제로 틀어져 버리게 되었습니다. 과학자들은 스페인에 있는 갈릴레오 내셔널 망원경에 새로운 고해상도 분광기 HARPS-N을 사용해, 2012년 8월부터 2013년 1월까지 150일간 HIP11952를 다시 관찰했습니다. 다시 관찰한 결과 오래된 두 개 행성은 온데간데없이 사라져 있었고 끝내 아무것도 발견하지 못했습니다.

 

결과적으로 과학자들은 두 개의 고대 행성에 대한 발견이 단순한 기기의 오류 때문이라고 결론 내릴 수밖에 없었습니다. P352-15는 초기의 우주에서 가장 밝은 퀘이사로 일반 퀘이사보다 10배나 더 밝았습니다. 마치 3개의 오렌지 색 얼룩처럼 퀘이사는 130억 년이라는 나이답게 무려 5천 광년에 걸쳐 자리 잡고 있습니다. 우주의 나이가 십억 년도 채 되지 않은 시기였지만 P352-15는 이미 태양 질량의 10억 배를 넘어서는 블랙홀을 갖추고 있었으며 방사능 제트를 빛의 속도로 방출하고 있었습니다.

 

물론 지금까지 그 누구도 이러한 현상을 설명하지 못하고 있습니다. 이 초대 질량 블랙홀은 아마도 3개의 얼룩 중 하나에 숨어 살고 있을 겁니다. 다른 두 개의 얼룩은 실제로 거대하고 치명적인 블랙홀이 제트 방출을 통해 벌이고 있는 빛의 잔치일 것입니다.

 

과학자들은 최근에 133억 광년에 걸쳐 이온화된 희미한 산소의 흐름을 감지했습니다. 이것은 은하 MACS 1149-JD1에 속해 있으며 빅뱅 이후 불과 5억 년 만에 시작된 장엄한 여행 중에 뻗어 나온 빛이라 매우 붉습니다. 산소가 존재한다는 것은 MACS 1149-JD1의 별들이 산소를 만들어낼 만큼 꽤 오랫동안 빛났다는 것을 의미합니다. 그만큼 MACS 1149-JD1에는 아주 많이 오래된 별들로 가득 차 있습니다. 과학자들은 이 별들이 최초의 별이 탄생하고 나서 그리 오래되지 않은 약 2억 5천만 년 후부터 빛나고 있었을 것이라 믿고 있습니다.

 

참고 : 블랙홀 제트 방출: 일부 초대형 블랙홀에서 방출되는 제트는 광속에 가까운 속도로 수천 광년에서 수만 광년에 이르는 우주 최대 규모의 고에너지 현상이다. (출처 : 한국천문연구원)