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과학자들이 역대 관측된 은하 중 가장 멀리 떨어진 은하에서 산소를 확인했다. 137억살로 여겨지는 우주가 3억살일 때의 초기 모습을 담은 은하다. 우주 초기에는 산소처럼 무거운 원소가 존재하기 어려울 것이라는 예측을 뒤집은 것이다. 
스테파노 카르니아니 이탈리아 스쿨라 노르말레 수페리오레 교수팀과 샌더 슈우스 네덜란드 라이덴대 라이덴관측소 연구원팀은 빅뱅 이후 3억년 뒤의 초기 은하에서 산소의 존재를 확인하고 20일(현지시간) 학자금대출문의 연구결과를 각각 국제학술지 '천문학과 천체물리학', '천체물리학 저널'에 공개했다.
지난해 미국 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST)은 지구에서 134억 광년 떨어진 JADES-GS-z14-0 은하를 발견했다. 1광년은 빛의 속도로 1년 동안 이동한 거리로 134억년 전의 빛이 지구에 도달한 것이다. 우주의 나이는 약 원리금균등상환 계산법 137억년이기 때문에 지구에서 본 JADES-GS-z14-0 은하는 우주가 3억살일 때의 모습을 담고 있는 셈이다.



화로자리 방향에 있는 JADES-GS-z14-0 은하의 위치와 은하를 클로즈업한 모습. ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, CSA, ST 할부상환 ScI 제공


은하는 보통 수소(H), 헬륨(He) 같은 가벼운 원소로 구성된 어린 별들이 모여 탄생한다. 이후 별들은 성숙하면서 핵융합으로 산소 등 무거운 원소를 생성하고 생애를 마치면 초신성 폭발 등으로 흩어진다. 산소는 수소보다 16배 무겁다. 과학자들은 초기 우주에 무거운 원소가 많이 포함된 신용보증기금 추가대출 '성숙한 은하'가 존재하지 않을 것이라고 예상했다.
두 연구팀은 칠레의 세계 최대 전파망원경인 '아타카마 대형 밀리미터·서브밀리미터 집합체(ALMA)'로 JADES-GS-z14-0 은하를 관측한 데이터를 분석해 산소의 존재를 확인했다. 무거운 원소들은 예상보다 10배나 많았다. 초기 우주의 원시은하가 기존 예측보다 성숙했다는 결과다.
신용불량자 수 슈우스 연구원은 "아기만 있을 거라고 기대했던 곳에서 청소년을 발견한 것"이라며 "은하가 기존 예상보다 빠르게 형성되고 성숙했다는 것을 보여준다"고 설명했다.
연구팀은 "JADES-GS-z14-0 은하는 JWST가 발견했지만 정확한 거리를 확인하고 정밀하게 분석하는 데는 ALMA가 필요했다"며 "은하의 형성과 진화를 밝히기 위한 ALMA와 JWST의 놀라운 시너지 효과"라고 밝혔다.
<참고 자료> - doi.org/10.1051/0004-6361/202452451 
[이병구 기자 2bottle9@donga.com]