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첨단 웹 망원경 성능 입증한 '첫빛' 이미지 무엇이 다른가

송고시간2022-07-13 12:01

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제임스 웹 우주망원경(JWST)이 12일(현지시간) 본격적인 과학관측에 앞서 공개한 '첫 빛'(first light)의 이미지들은 앞으로의 성과를 기대하게 하기에 충분했던 것으로 평가되고 있다.

우주 관측 역사상 가장 깊은 우주를 포착하고 별이 생성되고 소멸하는 장면은 물론 은하가 중력에 묶여 움직이는 모습을 네 장의 이미지에 단적으로 담아냈다.

이 이미지들은 이전에는 볼 수 없고, 확인할 수 없었던 것들을 담아내 우주에 대한 인류의 이해를 넓혀줄 것으로 기대되고 있다.

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앞으로 20년간 쏟아낼 과학 관측 성과 기대하기에 충분

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 12일(현지시간) 본격적인 과학관측에 앞서 공개한 '첫 빛'(first light)의 이미지들은 앞으로의 성과를 기대하게 하기에 충분했던 것으로 평가되고 있다.

우주 관측 역사상 가장 깊은 우주를 포착하고 별이 생성되고 소멸하는 장면은 물론 은하가 중력에 묶여 움직이는 모습을 네 장의 이미지에 단적으로 담아냈다.

이 이미지들은 이전에는 볼 수 없고, 확인할 수 없었던 것들을 담아내 우주에 대한 인류의 이해를 넓혀줄 것으로 기대되고 있다.

◇ 적외선 능력 보여준 용골자리 성운

용골자리 성운 내 NGC 3324의 우주절벽
용골자리 성운 내 NGC 3324의 우주절벽

[NASA, ESA, CSA, and STScI 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

웹 망원경은 산과 계곡을 담고 있는 듯한 '우주절벽'(Cosmic Cliffs) 이미지를 공개했다. 이 이미지는 용골자리 성운(Carina Nebula) 중에서도 북서쪽 끝에 자리한 별의 산실인 'NGC 3324'를 포착한 것이다.

우주먼지를 뚫고 안을 들여다볼 수 있는 고감도, 고해상도 적외선을 이용해 가시광 사진에서는 전혀 잡히지 않던 별의 요람과 반짝이는 별을 처음으로 잡아냈다.

우주절벽은 높은 봉우리가 솟아있는 험준한 산맥처럼 보이지만 실제로는 NGC 3324 내 거대한 공동(空洞)의 끝부분이라고 한다. 이 공동은 중앙(상단)에 있는 젊고, 뜨거운 큰 별들이 내뿜는 항성풍과 강력한 자외선 방사가 만들어 냈다.

이 별들이 만든 공동의 끝이 약 7광년에 달하는 가스와 먼지 절벽으로 나타난 것이다. 산봉우리 위에서 김처럼 피어오르는 것은 자외선 방사를 견디지 못하고 이탈하는 뜨거운 이온 가스와 먼지가 포착된 것이다.

이 이미지에서 갓 태어난 아기별은 붉은 점으로 잡혔으며, 별이 탄생할 때 빨아들인 물질을 내뿜는 원시별 제트 현상을 보이는 별도 확인됐다.

미국 항공우주국(NASA)은 별이 형성되는 최초 단계의 급박한 상황을 잡아내는 것은 까다로운데 웹은 고감도, 고해상도 이미징 기술로 이를 잡아낼 수 있었다고 설명했다.

NGC 3324는 약 7천600광년 밖 용골자리에 자리 잡고 있으며 1826년에 처음 발견됐다.

웹 망원경의 근적외선카메라(NIRCam)는 수백 개의 감춰졌던 별과 무수한 배경 은하를 드러냈으며, 중적외선장비(MIRI)는 젊은 별과 주변의 행성형성 원반이 핑크와 적색으로 밝게 빛나는 장면과 원시별 제트 현상을 포착했다.

◇ 별의 죽음 보여준 남쪽고리성운

웹 망원경 NIRCam(왼쪽)과 MIRI가 각각 포착한 남쪽고리 성운.
웹 망원경 NIRCam(왼쪽)과 MIRI가 각각 포착한 남쪽고리 성운.

[NASA, ESA, CSA, and STScI 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

지구에서 약 2천500광년 떨어진 곳에 있는 남쪽고리 성운(Southern Ring Nebula)은 항성 진화 마지막 단계에서 죽어가는 별이 뿜어내는 가스와 먼지가 만들어낸 행성상(狀) 성운이다.

중앙에 두 개의 별이 있는 이중성계라는 점은 알려져 있었지만, 웹 망원경은 이 중 한 별이 먼지에 둘러싸여 있다는 점을 처음으로 밝혀냈다. 물론 이전에는 밝혀지지 않았던 성운의 세부 구조도 드러났다.

이 이미지는 정면에서 관측한 것으로 측면에서 3차원 구조를 볼 수 있다면 두 개의 그릇이 바닥이 겹쳐있는 것처럼 보일 것이라고 NASA는 설명했다.

중앙의 두 별은 중력에 묶여 서로를 돌며 비대칭적 성운의 모양을 만들고 있는데, MIRI로 포착한 이미지(사진 오른쪽)에서만 두 번째 별이 먼지에 둘러싸여 있는 것이 드러났다.

두 별 중 밝게 포착된 별은 먼지에 둘러싸인 별보다 진화적으로 늦은 단계로 앞으로 행성상 성운 물질을 방출하게 된다.

성운 외곽의 바깥쪽 먼지와 가스 껍질은 먼지에 둘러싸여 있는 별이 처음 분출한 것이고 안쪽 껍질은 나중에 뿜어낸 것으로, 이를 분석하면 별의 역사와 구성 성분 등을 확인할 수 있다고 한다.

◇ 춤추는 은하 스테판의 오중주

스테판의 오중은하
스테판의 오중은하

[NASA, ESA, CSA, and STScI 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

1877년 프랑스 천문학자 에두아르 스테판이 페가수스 자리에서 처음 발견한 '스테판의 오중 은하'는 NGC 7317과 NGC 7318A, NGC 7318B, NGC 7319, NGC 7320 등 모두 다섯 개의 은하로 구성돼 있다.

하지만 이 중 NGC 7320은 지구에서 약 4천만 광년 떨어진 곳에 있어 2억9천만 광년 밖에서 서로 가까이 붙어 '우주댄스'를 추고 있는 나머지 은하와는 차이가 있다.

웹 망원경은 거의 1천장에 가까운 이미지 파일을 토대로 1억5천만 픽셀로 된 이 이미지를 만들어내며 이전에 볼 수 없었던 수준으로 은하를 드러냈다.

NASA는 이를 모든 은하의 진화 과정에 중요한 은하 간 합체와 상호작용을 들여다볼 수 있는 '링사이드 좌석'을 제공해 준 것이라고 평가했다.

과학자들은 은하 간 상호작용이 어떻게 별 형성을 촉발하고 은하 내 가스가 불안정해지는 등에 관해 자세하게 들여다볼 기회가 거의 없었으며, 스테판의 오중 은하는 이런 과정을 볼 수 있는 환상적인 실험실로 여겨지고 있다.

웹 망원경은 근적외선분광기(NIRSpec)와 MIRI로 은하 중심을 둘러싸고 있는 먼지를 뚫고 활동은하핵(AGN) 인근의 뜨거운 가스를 포착하고 블랙홀에서 분출되는 빛을 이전에는 볼 수 없었던 상세한 수준으로 관측했다.

◇ 웹 망원경 포착한 가장 깊은 우주

SMACS 0723
SMACS 0723

[NASA, ESA, CSA, and STScI 제공/ 재판매 및 DB 금지] photo@yna.co.kr

조 바이든 대통령이 하루 앞서 직접 공개한 은하단 'SMACS 0723' 이미지는 130억 년 전 빛까지 포착한 웹 망원경의 '첫 딥필드'(Deep Field)로 불리고 있다.

전체 우주로 따지면 팔 거리에서 들고 있는 모래 알갱이처럼 작은 부분이지만 배경 은하까지 포함해 수천 개의 은하를 담고있다.

SMACS 0723은 약 46억 광년 밖에 은하들이 몰려있는 곳으로 은하의 질량이 합쳐져 거대한 중력장을 형성하면서 더 멀리 있는 초기 은하의 희미한 빛을 확대하고 굴절시키는 중력렌즈 역할을 하고 있다. 이 때문에 허블우주망원경을 비롯한 다른 대형 망원경들도 자주 들여다보는 곳이지만 웹 망원경은 적외선으로 관측된 가장 희미한 천체를 포함해 수천 개의 은하를 가장 깊이, 가장 상세하게 포착해냈다.

웹 망원경의 NIRCam은 은하 내에서 성단을 비롯해 이전에 보지 못했던 작고 희미한 구조까지 포착해 냈다.

NIRSpec은 마이크로셔터를 처음으로 이용해 은하 48개의 분광 자료를 동시에 확보했으며, 이 중 한 은하의 빛이 131억 광년 밖에서 온 점을 확인했다.

eomns@yna.co.kr

[그래픽] '제임스 웹 우주망원경' 촬영 5가지 천체
[그래픽] '제임스 웹 우주망원경' 촬영 5가지 천체

(서울=연합뉴스) 김영은 기자 = 0eun@yna.co.kr
트위터 @yonhap_graphics 페이스북 tuney.kr/LeYN1

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https://youtu.be/G1b9l7VmRXE


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