10년 만에 밝혀낸 '맘보-9' 정체는 130억년 전 대형 은하

먼지로 가득한 별 공장…직접 관측 대형 은하로는 가장 멀어

10년 전 밤하늘에서 포착돼 '맘보-9'로 명명된 빛이 약 130억 광년을 여행해온 아주 먼 은하의 것으로 밝혀졌다.

이 은하는 우주의 별 공장 역할을 하는 먼지로 가득한 대형 은하 중 중력렌즈 도움 없이 직접 관측된 것으로는 가장 멀리 있는 천체로 기록됐다.

미국 국립전파천문대(NRAO)에 따르면 오스틴 텍사스대학의 천문학 조교수 케이틀린 케이시 박사가 이끄는 연구팀은 칠레 북부 아타카마 사막에 있는 전파망원경 배열인 '아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터집합체'(ALMA)를 이용해 맘보-9를 관측한 결과를 '천체물리학저널'(The Astrophysical Journal) 최근호에 발표했다.

맘보-9는 논문 공동 저자인 디에고 포르탈레스 대학의 마누엘 아라베나 부교수가 독일 대학에서 박사과정을 밟을 때 스페인에 있는 유럽 국제전파천문학연구소(IRAM)의 지름 30m 망원경의 막스-플랑크 밀리미터 방사계(MAMBO·MAx-planck Millimeter BOlomter)로 처음 포착했다.

그러나 다른 망원경을 통해서는 관측되지 않아 빛의 정체를 밝혀내기는커녕 실제 존재하는지조차 의문시됐다.

연구팀은 ALMA를 이용해 초기 우주에서 먼지로 가득한 별 생성 은하를 찾는데 특화된 탐사 과정에서 맘보-9를 재발견했다.

먼지로 가득한 별 생성 은하는 우리은하가 연간 태양 질량의 3배 비율로 별을 만들고 있는 것과 달리 태양질량의 수천 배에 달하는 비율로 별을 만들고 있다.

우주 초기에는 이런 대형 은하가 없을 것으로 예상됐으나 맘보-9 은하처럼 약 138억년 전 우주의 출발점이 된 빅뱅 이후 10억년 이내에 형성된 대형 은하들이 드물지 않게 발견되고 있다.

연구팀은 특히 맘보-9가 '중력렌즈'의 도움을 받지 않고 관측한 가장 먼 은하라는 측면에서 중요한 의미를 갖는다고 강조했다.

중력렌즈 현상은 멀리 있는 은하의 빛이 지구와 가까운 은하나 은하단을 통과하면서 중력에 의해 굴절되어 보이는 것을 지칭하는데, 멀리 있는 천체를 더 쉽게 포착할 수 있게 해주기도 하지만 상을 왜곡해 세부 내용을 파악하기 어렵게도 한다.

맘보-9보다 더 앞선 빅뱅 이후 7억8천만년 만에 생성된 것으로 알려진 대형 은하 'SPT0311-58'도 중력렌즈의 도움을 받아 발견했다.

연구팀은 직접 관측을 통해 맘보-9의 가스와 먼지 질량이 우리은하의 별을 모두 합한 것의 10배에 달하는 것으로 측정했다.

이는 맘보-9이 아직도 별을 활발히 생성 중이라는 것을 나타낸다.

연구팀은 이와 함께 맘보-9가 두 개 파트로 구성돼 있으며, 서로 합병 중에 있다는 것도 밝혀냈다.

케이스 박사는 이번 연구 결과와 관련, "우주 먼지는 보통은 별이 죽었을 때 나오는 것으로 우리는 먼지의 100배에 달하는 별이 있는 것으로 예상한다"면서 "하지만 맘보-9는 그처럼 많은 별을 생성하지 못했는데, 빅뱅 직후에 어떻게 그렇게 많은 먼지를 빨리 생성했는지 규명하고 싶다"고 했다.

미국국립과학재단의 NRAO·ALMA 담당관 조 페세는 "새롭고 더 강력한 기술로 관측하면서 맘보-9과 같은 기대하지 못했던 발견도 이뤄진다"면서 "우주 초기에 이런 대형 은하가 존재했다는 것을 설명하는 것이 어렵기는 하나 이번과 같은 발견은 우주에 대한 이해를 높이고 더 많은 질문을 던지게 해주는 것"이라고 했다.

/연합뉴스