제임스 웹 우주 망원경, ‘우주 정오’ 은하에서 블랙홀 성장 폭발 포착

100억 년 전, 별의 탄생과 블랙홀의 광란이 펼쳐진 우주 한복판을 들여다보다

 

제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 다시 한 번 인류의 우주 지식에 큰 획을 그었다. 최근 미국 캔자스 대학교(KU) 천문학자들은 JWST를 이용해 약 100억 년 전, '우주의 정오(Cosmic Noon)' 시기에 존재한 은하에서 초대질량 블랙홀(supermassive black hole)의 폭발적 성장을 관측했다. 동시에 그 은하에서는 별의 형성이 폭발적으로 일어나는 ‘별폭발(starburst)’ 현상도 관측됐다. 이번 발견은 인류가 은하와 블랙홀의 공동 진화를 이해하는 데 중요한 실마리를 제공한다.

JWST에서 본 확장된 그로스 스트립 이미지(삽입 그림).  (이미지 출처: Frank Summers(STScI), Greg Bacon(STScI), Joseph DePasquale(STScI), Leah Hustak(STScI), Joseph Olmsted(STScI), Alyssa Pagan(STScI))

🌌 ‘우주의 정오’는 어떤 시기일까?
‘우주의 정오’란, 빅뱅 이후 약 20억30억 년이 지난 시기(약 100110억 년 전)를 말한다. 이 시기는 우리 은하와 같은 성숙한 은하들이 빠르게 별을 만들며 급성장하던 시기로, 우주 진화의 정점이라 할 수 있다. 연구팀은 이 시기에 현대 은하에서 존재하는 별의 절반 이상이 생성되었을 것이라고 추정한다.


🕵️ JWST의 MEGA 프로젝트, 먼지 너머를 꿰뚫다
캔자스대 연구진은 MIRI EGS 은하 및 AGN(MEGA) 탐사 프로젝트를 통해 우주의 정오에 있는 은하들의 비밀을 파헤쳤다. 프로젝트를 이끈 천문학자 앨리슨 커크패트릭(Alison Kirkpatrick)은 다음과 같이 밝혔다:

"우리는 은하들이 어떻게 별을 형성하고, 얼마나 많은 별을 만들며, 중심부 블랙홀이 어떻게 성장하는지 파악하고자 합니다."

이 프로젝트는 JWST의 중적외선(Mid-Infrared) 관측 장비인 MIRI를 활용해, 우주에서 가장 먼 시기의 은하들을 탐색한다.

출처; 유튜브 갈무리

☁️ 먼지 뒤에 숨은 비밀, 적외선으로 밝혀내다
‘우주의 정오’에 존재하는 은하는 두꺼운 먼지 구름으로 뒤덮여 있어, 가시광선으로는 그 안을 볼 수 없다. 하지만 먼지는 적외선을 거의 흡수하지 못하므로, JWST의 적외선 감지 능력은 이 은하들을 관찰하는 데 완벽한 도구이다.

커크패트릭은 다음과 같이 말했다:

"먼지는 많은 것을 숨기고 있지만, 적외선을 통해 우리는 그 뒤를 볼 수 있습니다. 그 안에 있는 블랙홀의 성장과 별의 탄생을 추적할 수 있죠."


🌠 확장 그로스 스트립(Extended Groth Strip), 은하계의 보물지도
이번 연구는 큰곰자리(Ursa Major) 근처에 위치한, 은하 밀집 지역인 확장 그로스 스트립(Extended Groth Strip)에서 이루어졌다. 이곳은 JWST가 관측한 가장 뛰어난 우주 영역 중 하나로 손꼽힌다.

해당 영역은 하늘에서 달의 지름만한 면적에 불과하지만, 무려 1만 개 이상의 은하가 존재한다. 이곳에서 연구팀은 맹렬히 먹이를 삼키는 초대질량 블랙홀이 존재하는 은하를 발견했고, 이는 블랙홀과 은하의 성장에 있어 결정적인 단서를 제공한다.

JWST가 관찰한 MEGA 은하는 색상과 형태가 다양하며, 이를 통해 은하의 나이, 먼지 함량, 별 형성에 대한 통찰력을 얻을 수 있다. (이미지 출처: NASA/JWST/Backhaus)

🧠 블랙홀과 은하의 공동 진화, 그 수수께끼에 다가서다
흥미로운 점은, 별의 형성과 블랙홀의 성장이 동시에 폭발적으로 일어난다는 사실이다. 이는 단순한 우연이 아니라, 두 현상이 밀접하게 연결되어 있을 수 있음을 시사한다. 많은 천문학자들은 블랙홀의 성장 에너지가 은하 전체에 영향을 주고, 은하의 성장이 블랙홀에도 피드백을 준다고 추정하고 있다.

이번 연구는 JWST를 통해 먼지 뒤에 숨겨져 있던 이 상호작용의 흔적을 실제 관측으로 입증한 사례로 평가받고 있다.


📌 제임스 웹, 인류의 시간여행자
제임스 웹 우주 망원경은 단순한 망원경이 아닌, 우주 역사 속으로의 시간여행 도구이다. 이번 발견은 단지 100억 년 전의 은하를 본 것에 그치지 않고, 우주의 진화 과정에서 은하와 블랙홀이 어떻게 공생했는지를 보여주는 결정적 증거로 작용할 것이다.

이처럼 JWST는 지금도 우리 눈에 보이지 않는 우주의 비밀을 차례로 풀어내고 있으며, 앞으로도 더 많은 경이로운 발견이 이어질 것으로 기대된다.