제임스웹 놀라운 성능, 과학자들 초단위로 줄 선 결과(영상) - 스냅타임 - 스냅타임

[이데일리 김혜선 기자] 지구에서 150만㎞ 떨어진 우주에 자리잡은 제임스웹 우주망원경(JWST)은 인류 우주과학 기술의 집약체입니다. 허블 우주망원경이 인간의 눈에 보이는 가시광선 영역을 관측했다면, 제임스웹은 근적외선(0.6~5㎛)과 중적외선(5.5~25.5㎛) 영역까지 관측해 인류의 시야를 넓혔죠.

제임스웹이 촬영한 남쪽고리성운. Credits: NASA, ESA, CSA, and STScI. (사진=나사 홈페이지)

제임스웹이 1주기(Cycle1)동안 관측업무를 수행할 수 있는 시간은 단 6000시간. 제임스웹으로 연구를 진행하는 것은 전세계 천문학자들의 ‘꿈’과도 같았습니다. 우주망원경과학연구소(STScI)는 블라인드 평가를 통해 과학적 가치를 철저히 따져 총 286개의 연구 제안을 선정했습니다. 그리고 제임스웹은 지난 7월 첫번째 사진을 보내온 이후 쉴 틈 없이 관측 스케줄을 이어오고 있습니다.

2022.11.7.~14 제임스웹의 주간 관측 일정. 초단위로 관측 일정이 빽빽히 적혀 있다. (사진=우주망원경과학연구소)

나사에서는 철저히 동료 검증(peer review)된 제임스웹 사진을 공개하고 있는데요. 지난 9월 19일부터는 공식 블로그를 통해 ‘사전 출판’된 이미지를 격주로 발표하고 있습니다. 과학 논문이 인정을 받기 위해서는 동료 평가를 반드시 거쳐야 하지만, 빠른 정보 공유를 위해 동료 평가를 거치지 않은 ‘사전 출판’을 하기도 합니다.

이런 논문 발표 방식은 코로나19 사태 당시 폭발적으로 증가했는데요. 코로나바이러스 유전체 염기서열이 빠르게 공유되는 등 전세계 ‘집단 지성’으로 활용되었죠. 나사도 이런 학계 분위기를 받아들여서, 좀 더 빨리 제임스웹을 통한 연구 결과를 공유하기로 한 것입니다.

이데일리 스냅타임이 제임스웹의 흥미로운 사전 출판 이미지 몇장을 소개해드리겠습니다.

◆ Wolf-Rayet 140 우주 나이테

미 국립과학재단 소속 라이언 라우(Ryan Lau) 박사는 제임스웹을 통해 백조자리에 위치한 볼프-레이에 별(Wolf-Rayet 140)의 신기한 파장을 관측하고 지난달 12일 그 결과를 발표했습니다. 이 쌍성에서는 마치 나무의 나이테처럼 보이는 무늬가 퍼져 나오고 있는데요. 지구에 있는 망원경으로는 단 2개의 무늬만 볼 수 있었는데, 제임스웹은 무려 17개의 무늬를 볼 수 있었죠. 처음 라이언 박사가 이 사진을 봤을 땐, 빛이 너무 강해서 착시효과가 일어난 게 아닌가 의심했다고 합니다.

라이언 박사는 이 무늬를 ‘먼지 껍질’이라고 불렀습니다. 볼프-레이에 별은 블랙홀이 될 가능성이 높은 아주 무거운 별로, 막대한 양의 가스를 주변으로 흩뿌리는 특성을 갖고 있습니다. 그러데 WR140은 두개의 별이 상호작용하며 나이테 모양의 특이한 패턴을 형성했죠. 별이 8년 주기로 서로 가까워지면 가스와 먼지가 잔뜩 만들어지고, 멀어지면 가스가 줄어들어서 ‘나이테’가 생긴 것입니다.

볼프-레이에 별(Wolf-Rayet 140)에서 발견된 17개 이상의 먼지 껍질. NASA, ESA, CSA, STScI, JPL-Caltech. (사진=나사 공식 블로그)

◆ 중력렌즈로 엿본 원시우주, 알고보니 점이 두개였네

유럽 우주국(European Space Agency)의 댄 코 박사 연구팀은 지난달 26일 중력렌즈로 유명한 은하단 MACS0647 부분을 들여다봤습니다. 이 은하단은 빛이 구부러질정도로 너무 무거워서, 그 뒤에 숨겨진 ‘우주에서 가장 멀리 떨어진 은하’ MACS0647-JD을 관측할 수 있습니다. 은하단 자체를 ‘망원경’으로 사용해 멀리 떨어진 은하를 보는 것이죠.

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중력렌즈 현상을 설명하는 그림. 실제로는 하나지만, 중력렌즈 현상으로 2개의 이미지로 보일 수 있다. (사진=한국천문연구원)

중력렌즈가 있는 부분은 원래 천체 모양처럼 보이지 않고 확대 변형되거나, 경우에 따라서는 여러 개로 보이기도 합니다. MACS0647-JD도 중력렌즈 현상으로 총 3개의 이미지로 보이는 은하입니다. 댄 코 박사는 지난 2012년 허블 망원경을 통해 MACS0647-JD를 처음 발견했는데요. 허블에서는 MACS0647-JD이 ‘빨간점’으로 보였는데, 제임스웹으로 다시 살펴보니 두 개의 덩어리가 있는 것을 발견하게 되었습니다.

제임스웹으로 본 MACS0647-JD. 왼쪽 큰 사진에서 흰색 상자 1~3이다. 오른쪽에 MACS0647-JD를 각각 확대한 모습. NASA, ESA, CSA, STScI 및 Tiger Hsiao(Johns Hopkins University) 이미지 처리: Alyssa Pagan(STScI) (사진=나사 공식 블로그)

댄 코 박사는 아직 이 두 덩어리가 ‘별’인지 ‘은하’인지는 밝혀내지 못했다고 했습니다. 하지만 연구진들은 “초기 우주의 은하 병합일지도 모른다”며 아주 설레하고 있습니다. 연구진은 “그것들을 연구하면 오늘날 우리가 살고 있는 은하계와 같은 은하계로 어떻게 진화했는지 이해하는 데 도움이 될 수 있고, 시간이 지남에 따라 우주가 어떻게 진화했는지 알 수 있을 것”이라고 기대하고 있습니다.

좀 더 설명하면, 우리가 보는 MACS0647-JD의 빛은 무려 133억년 전 빛입니다. 우주 나이가 137억년 정도니까, MACS0647-JD는 원시 은하를 연구할 수 있는 귀중한 실마리가 될 겁니다.

◆ 제임스웹의 놀라운 줌 능력, WLM

지난 9일 미 럿거스대 크리스틴 맥퀸(Kristen McQuinn) 교수는 난쟁이은하 WLM을 관측하고 제임스웹의 놀라운 ‘줌 능력’을 체험했습니다. WLM는 지구에서 300만 광년 떨어진 이웃 은하로, 다른 큰 은하에 비해 먼지나 가스가 부족한데도 별이 빽빽하게 채워져 있어 천문학자들의 관심을 끌었습니다.

연구팀은 WLM이 다른 은하의 영향을 거의 받지 않는 ‘반사회적’ 은하인 점에 주목했습니다. 또한 원시 우주 당시 은하와 비슷한 화학 구성을 갖고 있기 때문에, 원시 우주에서 어떻게 별이 생성되는지 통찰력을 얻을 수 있다는 기대를 갖고 있습니다.

무엇보다 연구팀이 감탄한 부분은 기존 망원경에서 보지 못했던 ‘더 많은 별’을 발견한 것입니다. 제임스웹은 WLM에서 색깔, 크기, 온도, 나이, 진화 단계가 다른 무수히 많은 별을 확인했습니다.

스피처 우주 망원경의 적외선 배열 카메라(왼쪽)와 제임스 웹 우주 망원경의 근적외선 카메라(오른쪽)로 촬영한 왜소은하 Wolf-Lundmark-Melotte(WLM)의 일부. 훨씬 많은 별을 확인할 수 있다. NASA, ESA, CSA, STScI 및 Kristen McQuinn(Rutgers University). 이미지 처리: Alyssa Pagan(STScI). (사진=나사 공식 블로그)

한편, 제임스웹의 놀라운 ‘줌 능력’을 확인할 수 있는 또다른 영상도 준비했습니다. 캐나다우주국(CSA)은 지난달 7일 공식 트위터에 칠레 고지대에 위치한 초거대망원경(Very Large Telescope·VLT)이 찍은 영상에서 시작해, 제임스웹의 사진으로 끝나는 영상을 공유했습니다. 영상은 밤하늘에 아름답게 펼쳐진 은하수에서 시작해, 그 근처에 있는 대마젤란 은하, 그 안에 있는 타란튤라 성운(독거미)까지 들어갑니다. 영상 속 맨 마지막 이미지는 그동안 두꺼운 가스로 가려져 보이지 않던 독거미 성운 속 수많은 별들을 제임스웹이 포착한 것입니다. 우주의 광활함이 느껴집니다.

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