외계행성과 외계인 조사...제임스웹 우주망원경의 첫 우주 사진

[스마트에프엔=김효정 기자] 미국 항공우주국(NASA, 나사)은 차세대 우주망원경인 제임스웹 우주망원경(이하 JWST)이 찍은 컬러 우주 사진을 공개했다.

조 바이든 미국 대통령은 11일(현지시간) 오후 백악관에서 사전 공개 행사를 통해 첫 이미지인 SMACS 0723 은하단의 심우주(Deep Field) 이미지를 공개했다.

이어 12일 오전 10시 30분(현지시간, 한국 시각 12일 23시 30분)에는 사전 공개한 SMACS 0723 이미지에 더해 총 5개의 관측자료를 나사 TV를 통해 공개했다.

해당 사진은 ‘SMACS 0723’ 은하단으로, 지구에서 46억 광년(1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 떨어져 있다.



공개된 이미지의 과학적 의미는 여러 가지가 있을 수 있지만, 첫 눈에 띄는 주요 특징을 다음과 같이 요약할 수 있다.

첫 번째, 공개된 이미지는 인류가 적외선 파장으로 관측한 이미지 중 가장 깊게 (또는 가장 멀리), 가장 자세하게 고분해능으로 관측된 심우주 영상이다.

두 번째, 이번에 JWST가 관측한 천체 SMACS 0723는 ‘중력렌즈 현상’을 볼 수 있는 은하단으로 중앙에 보이는 무겁고 큰 중심은하 뒤편 더 멀리에 위치하여 원래는 보일 수 없었던 은하들이 중심은하의 중력장의 영향으로 휘어진 공간을 따라서 뒤편 은하들이 내는 빛이 우리에게 관측된 것인데, JWST의 고분해능 적외선 영상은 이 중력렌즈 현상으로 보이게 된 어둡고 멀리 있는 은하들의 세밀한 구조들을 이전 어떤 관측보다 훨씬 더 자세하게 보여준다는 의미가 있다.

세 번째, JWST는 빅뱅 이후 약 3~4억년이 지난 시점에서 생성되기 시작한 최초의 은하들을 촬영할 것으로 기대하고 있는데, 이번에 공개된 이미지에서 중력렌즈 현상으로 관측된 은하 이외에도 모든 영역에 걸쳐서 어둡고, 작은 점으로 보이는 수많은 은하들이 관측됐다. 이들에 대한 연구는 빅뱅 이후 태어난 초기 은하들에 대한 연구에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

심우주(Deep Field)

처음 공개한 SMACS 0723 은하단의 컬러 이미지에 더하여 ‘NIRSpec’ 이라는 관측장비로 관측한 어두운 배경 은하의 스펙트럼 분석자료를 공개했고, 분석 결과 이 은하의 나이는 131억년 정도로 측정됐다.

외계행성(Exoplanet)

‘외계행성 WASP-96b’라고 이름 붙여진 뜨거운 목성형 외계행성(Hot Jupiter)의 대기를 NIRSS라는 스팩트럼 관측기기를 이용하여 관측한 결과를 공개했다. 공개된 WASP-96b 외계행성 대기의 스펙트럼을 통해 기체 상태의 물 분자들의 존재가 확인됐다.



별의 종말(Stellar Death)

남쪽 고리 성운(Southern Ring Nebular)이라고 이름 붙여진 행성상 성운의 근적외선 및 중적외선 컬러 이미지를 공개했다. 행성상 성운은 태양 정도의 질량을 가진 별의 진화의 마지막 단계를 일컫는다.

JWST는 지구로부터 약 2500광년 정도의 거리에 있는 이 성운의 중심부의 푸른 빛깔의 뜨거운 이온화 가스층에서 바깥쪽으로 이어지면서 오랜지 색으로 보이는 상대적으로 온도가 낮은 수소분자 구름의 자세한 구조를 보여줬다. 또한 이 성운의 중심별이 쌍성계라는 사실을 최초로 확증해 줬다.



은하(Galaxy)

스테판의 오중주(Stephan‘s Quintet)라고 불리는 5개의 은하가 모여 있는 지역을 근적외선 및 중적외선 파장으로 관측한 컬러 이미지를 공개했다. 스테판의 오중주 역시 이전에 허블망원경의 WFC3 카메라로 관측된 바가 있다.

이번 JWST가 내놓은 이미지는 서로 활발하게 상호작용하고 합병하고 있는 은하들의 모습을 놀랍도록 자세하게 보여주고 있다. 합병 과정에서 일어나고 있는 별 탄생의 모습, 영상의 중앙 상단에 위치한 나선은하, NGC7319 중심부에 있는 블랙홀이 주변의 가스와 먼지들을 빨아들이는 과정에서 발생하는 고에너지 제트현상도 이번 관측을 통해서 처음으로 선명하게 드러났다.



별 탄생(Stellar Birth)

이번 공개 행사의 마지막에 지구로부터 약 7600광년 정도 떨어진 거리에 있는 용골자리 성운(Carina Nebular)이라고 불리는 별탄생 지역을 근적외선(NIRICam) 및 중적외선(MIRI) 관측기기를 이용하여 촬영한 이미지를 공개했다.

Carina Nebular 역시 이전에 허블로 관측된 적이 있으나, JWST가 이번에 공개한 이미지는 차갑고 어두운 먼지 구름 속에 가로막혀서 허블로도 볼 수 없었던, 이제 막 탄생하는 아기별들의 모습들을 선명하게 담고 있다.



제임스웹과 기대 역할

JWST는 미국, 유럽연합, 캐나다가 합작해 2021년 12월 25일 발사했다. 제작비만 약 100억 달러(약 13조 원) 투입됐다. 이제까지 가장 큰 우주망원경이었던 허블의 주경, 즉 빛을 모으는 거울의 크기가 지름 2.4m인 것과 비교해 금빛으로 빛나는 18개의 육각형 거울을 벌집 모양으로 이어붙인 제임스 웹의 주경은 6.5m에 달한다.

특히 허블망원경이 파장이 짧은 가시광선 위주였던 반면 JWST는 파장이 긴 적외선 관측용이다. 허블 또는 스피처망원경보다 10~100배 어두운 천체들을 볼 수 있고 적외선을 감지하는 다양한 첨단 관측기기를 이용해 지금까지 어떤 망원경보다도 더 먼 우주를 관측할 수 있다.

중간 크기의 블랙홀, 우주 팽창 속도 등 천문학과 우주연구에서 그동안 연구가 어려웠던 분야에 새로운 관측 데이터를 제공할 것으로 기대하고 있다. 빅뱅 직후 우주 생성 초기 신호를 포착하고 외계행성과 외계 생물체도 조사 임무도 맡았다. 목표 수명은 10년, 최대 20년 작동할 수 있을 것으로 예상한다.



김효정 기자 hjkim@smartfn.co.kr