천문학 관측 사상 산소량이 가장 적은 초미세 왜소은하(Ultra-Faint Dwarf Galaxy, UFDGs) LAP1-B가 특정되면서 초기 우주에 관한 이해도가 올라갈지 주목된다.
일본 국립천문대(NAOJ)와 카나자와대학교 공동 연구팀은 14일 조사 보고서를 내고, 인류가 우주를 관측한 이래 최저 산소량을 가진 UFDGs를 발견했다고 전했다.
빅뱅 직후 우주에는 수소와 헬륨과 같은 가벼운 원소만 존재했다. 산소나 탄소와 같은 무거운 원소는 항성의 탄생과 진화에 의해 만들어졌다. 빅뱅이 야기한 물질들이 엉겨 만들어진 종족 III 별은 우리은하는 물론 우주 전체에서 하나도 발견되지 않았다. 우주에서 처음 탄생한 종족 III 별이 언제 어떻게 원소를 만들어내기 시작했는지 탐구하는 것은 매우 중요한데, 우주 초기의 은하는 너무 어둡고 작아 조사 자체가 어려웠다.
연구팀이 떠올린 것은 근적외선 관측이다. 2022년 7월 데뷔한 제임스웹우주망원경이 근적외선 관측 장비로 얻은 데이터를 분석하는 과정에서 LAP1-B를 파악했다. 이 은하는 별의 수가 적고 매우 어두워, 일반적인 방법으로는 발견할 수 없었다.
카나자와대 천체물리학자 나카지마 키미히코 부교수는 “우주 탄생으로부터 약 8억 년 뒤 출현한 매우 어두운 UFDGs LAP1-B는 산소 비율이 관측 사상 최저치였다”며 “이 은하는 우리은하 주변에 존재하며, 별의 수가 적은 수수께끼의 천체 UFDGs의 탄생 직후를 보여주는 샘플”이라고 설명했다.
제임스웹우주망원경은 적외선 영역의 분광 능력이 매우 뛰어나다. 거대한 은하단의 중력이 먼 천체로부터의 빛을 증폭하는 중력렌즈 효과를 더해 LAP1-B를 포착할 수 있었다. 이 은하는 산소 비율이 극히 낮으면서 탄소의 비율은 매우 높다. 이는 초대 별이 방출하는 원소 분포와 이론적으로 일치한다.
해당 은하의 질량을 추정한 결과, 은하를 구성하는 별들의 총질량은 태양의 3300배 이하로 추측됐다. 은하 질량의 대부분이 암흑물질로 구성된 것도 밝혀졌다. 이런 특징은 학자들이 그간 정립한 UFDGs 특징과 유사하다. 이번 성과는 UFDGs의 탄생과 진화를 밝히는 중요한 단서라고 연구팀은 강조했다.
NAOJ 오우치 마사미 박사는 “이토록 순수한 은하가 존재하며, 이를 자세히 포착한 것은 정말 놀라운 일”이라며 “LAP1-B를 자세히 조사함으로써 UFDGs가 왜 우주의 화석으로서 현재까지 유지되고 있는지 해명할 수 있을 것”이라고 기대했다.
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
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