가장 오래된 은하 ; 허블망원경의 ‘가장 오래된 단일 별’ 신기록 경신, ‘에렌델’의 발견 소식에 이어 ‘가장 오래된 은하’ 발견 또한 신기록 경신을 목전에 두고 있다는 소식이 전해졌다.
‘HD1’이라 이름 붙은 이 은하는 135억 년 전의 것으로 추정되며, 이전까지의 최고 기록인 GN-z11보다 1억 년가량 앞선 기록이다.
하버드-스미스소니언 천체물리학센터와 도쿄대학을 포함한 국제연구팀은 발견 소식과 연구내용을 4월 7일 자 천체물리학 저널과 ‘왕립천문학회 월간 회보’에 게재했다.
[ 술과 당뇨의 관계 , 간단한 술 한잔, 몸에 이로울 수도 있지 않을까? ]
얼마나 ‘붉은지’로 얼마나 오래된 은하인지를 알 수 있다?
태초의 시작인 ‘빅뱅’ 이후로 지금 이 순간까지도 우주는 계속해서 팽창하고 있다.
머나먼 천체에서 오는 빛 또한 공간의 팽창과 함께 ‘늘어지게’ 된다. 빛의 파장이 늘어나는(길어지는) 것이다.
빛은 파장이 짧을수록 푸른 쪽에 가깝고 길수록 붉은 쪽에 가깝다. 천체에서 오는 빛의 파장이 길어져서 ‘붉어지는’ 것을 ‘적색편이’ 또는 ‘적색이동’이라고 한다.
더 오랫동안 공간의 팽창을 겪은 빛일수록 ‘파장의 늘어짐’과 빛의 ‘붉어짐’을 더욱 극심하게 겪는다.
빛의 속도는 일정하기에, 더 오래된 빛일수록 더 멀리 떨어진 천체에서 온 빛이다.
따라서 천문학자들은 지구에 도달한 천체의 빛이 원래의 상태보다 얼마만큼 ‘붉어졌는지’를 측정함으로써,
해당 천체가 얼마나 오래 전의 빛인지, 얼마나 멀리 떨어진 곳에서 온 빛인지를 알 수 있는 것이다.
HD1의 발견 역시 유독 강한 ‘붉어짐’을 보이는 천체를, 즉 유독 오래전의 빛을 보내오는 천체를 추려내는 작업에서 시작됐다.
연구팀은 HD1에서 나온 빛이 지구에 도달하기까지 얼마만큼 붉어졌는지를 계산해 약 135억 년 전의 빛이라는 결과를 얻었다.
태초의 시작 빅뱅
우주의 나이가 2%가량밖에 되지 않았을 때의 빛이란 의미다.
여기에 일정한 빛의 속도와 알려진 우주팽창속도를 고려하여, HD1이 지구로부터 무려 334억 광년 거리만큼 떨어져있다는 것을 계산해냈다.
가장 멀고 오래된 은하, 태초의 별들의 요람일까 무덤일까
새로 발견된 HD1은 태초의 별들이 베이비붐을 일으키고 있는 탄생의 장일수도, 죽은 별의 잔해인 거대블랙홀을 품고 주위를 빨아들이는 죽음의 장일수도 있다.
처음에 연구팀은 HD1이 별들이 탄생하는 요람, ‘별탄생은하’일 것으로 생각했다.
그러나 HD1의 극도로 밝은 자외선을 토대로 계산했을 때, HD1이 별탄생은하라면 무려 매년 100개 이상의 별이 태어나고 있다는 결과를 얻었다.
폭발적으로 별이 탄생하는 은하들의 수치를 고려해도 최소 10배 이상은 높은 수치였다. 이를 설명하기 위해 연구팀은 두 가지 가설을 수립했다.
하나는 HD1에서 탄생하는 별들이 평범한 별들이 아니라는 것이다. 천문학에서 별들의 종류는 크게 젊은 별인 종족Ⅰ과 나이 든 별인 종족Ⅱ로 분류한다.
그리고 또 한 가지, 이론상으로는 예측하지만 이제껏 관측된 적이 없어 마치 전설과도 같은 우주 태초의 별, 종족Ⅲ 별이 있다.
가장 오래된 은하
종족Ⅲ별은 아직 중원소가 만들어지기 전 1세대의 별이라 수소와 헬륨으로만 이루어져 있으며, 현재의 별들보다 훨씬 무겁고 밝으며 뜨거울 것으로 예측된다.
그만큼 더 많은 자외선을 방출하는 별이기에 HD1의 극도로 밝은 자외선도 설명할 수 있다.
HD1의 지나치게 밝은 밝기를 설명하기 위한 다른 가설로는, HD1이 태양 1억 개 무게의 초거대질량블랙홀을 품고 있다는 것이다.
블랙홀을 둘러싼 물질들이 블랙홀로 빨려 들어가면서, 중력에너지가 빛에너지로 전환돼 굉장히 밝은 빛을 내는데 HD1이 바로 그런 천체(퀘이사)일 수 있다는 것이다.
모든 거대 은하는 중심에 초거대질량블랙홀을 품고 있는 것으로 알려져 있지만, 이 블랙홀들의 형성에 대해서는 아직 명확히 규명되지 않았다.
HD1이 품고 있는 블랙홀을 원동력으로 밝게 빛을 내는 천체라면,
빅뱅 이후 3억 년밖에 지나지 않은 초창기 우주에 어떻게 그런 초거대질량블랙홀이 존재할 수 있었는지에 대한 수수께끼를 푸는 열쇠가 되어줄 것이다.
