우주에서 가장 먼 빛, 빅뱅 직후의 아기 은하를 만나다

저는 어릴 적 시골 마당에 누워 쏟아질 듯한 별을 세며 밤을 보내곤 했습니다. 그때는 그 별빛 하나하나가 사실 아주 먼 과거에서 출발한 오래된 편지라는 것을 미처 알지 못했습니다. 최근 천문학자들은 그 편지 가운데 인류가 지금까지 받아 본 것 중 가장 오래된 편지를 찾아냈습니다. 오늘은 우주에서 가장 멀리 있는 아기 은하 이야기를, 시골 아이의 눈높이로 천천히 풀어 보려고 합니다.

우주에서 가장 먼 빛

보도에 따르면 제임스 웹 우주망원경이 지금까지 발견된 것 가운데 가장 먼 은하를 확인했다고 합니다. 이 은하에는 엠오엠 제트 십사, 곧 MoM-z14라는 다소 어려운 이름이 붙었습니다. 천문학자들은 이 은하가 인류가 관측한 그 어떤 천체보다도 멀리 떨어져 있다고 설명합니다. 이렇게 먼 곳을 들여다보았다는 것은, 우리가 우주의 아주 어린 시절을 그만큼 더 깊이 엿보게 되었다는 뜻이기도 합니다.

빅뱅 이후 2억 8천만 년

이 은하가 특별한 이유는 우리에게 도착한 빛이 출발한 시점 때문입니다. 보도에 따르면 우리가 지금 보는 MoM-z14의 빛은 우주가 태어난 지 약 2억 8천만 년밖에 지나지 않았을 때 출발했습니다. 우주의 나이가 약 138억 년이라는 점을 생각하면, 이 빛은 우주가 갓난아기였던 시절의 모습을 담고 있는 셈입니다. 천문학자들이 쓰는 적색편이라는 값으로는 14.4에 이르러, 이전의 기록을 다시 갈아치웠다고 합니다.

빛이 들려주는 옛날이야기

여기서 잠깐, 어떻게 과거를 본다는 것인지 쉽게 짚어 보겠습니다. 빛은 아무리 빨라도 먼 거리를 건너오는 데에는 오랜 시간이 걸립니다. 그래서 아주 먼 은하를 본다는 것은, 사실 그 은하의 지금 모습이 아니라 아득한 옛날 모습을 보는 일과 같습니다. 밤하늘을 올려다보는 우리 눈은, 알고 보면 우주의 오래된 옛날이야기를 읽고 있는 셈입니다.

예상보다 훨씬 밝은 아기 은하

더 놀라운 점은 이 아기 은하가 학자들의 예상을 크게 벗어났다는 사실입니다. 보도에 따르면 MoM-z14는 천문학자들이 짐작했던 것보다 훨씬 더 밝고, 더 촘촘하며, 화학적으로도 더 풍부한 모습을 보였습니다. 우주가 이제 막 걸음마를 떼던 시기에 이렇게 성숙한 은하가 존재한다는 것은, 기존의 이론으로는 쉽게 설명되지 않습니다. 그래서 이 작은 은하 하나가 지금 천문학자들에게 커다란 숙제를 안겨 주고 있습니다.

누가 찾아냈나

이 발견의 뒤에는 밤낮으로 자료를 붙들고 씨름한 연구진이 있었습니다. 보도에 따르면 미국 매사추세츠 공과대학의 천문학자 로한 나이두가 이 연구를 이끌었고, 펜실베이니아 주립대학의 대학원생 이지아 리 등이 함께 참여했습니다. 연구 결과는 학술지 오픈 저널 오브 애스트로피직스에 실릴 예정이라고 합니다. 거대한 발견도 결국 한 사람 한 사람의 끈기와 협력에서 시작된다는 점이, 저는 늘 마음에 남습니다.

거대한 망원경의 눈

이렇게 먼 은하를 본다는 것은 맨눈으로는 상상조차 하기 어려운 일입니다. 우주 저편에서 오는 빛은 너무나 희미해서, 아주 크고 정밀한 망원경이라야 겨우 붙잡을 수 있습니다. 커다란 접시나 거울을 가진 망원경은 넓은 면적으로 빛을 그러모아, 흐릿한 신호를 또렷한 그림으로 바꾸어 줍니다. 오늘날의 발견은 이런 거대한 눈이 있었기에 비로소 가능해진 것입니다.

제임스 웹이라는 도구

특히 제임스 웹 우주망원경은 사람 눈에 보이지 않는 적외선을 관측하도록 만들어졌습니다. 아주 먼 곳에서 오랜 시간을 건너온 빛은 붉은 쪽으로 늘어나 적외선으로 바뀌는데, 이 망원경은 바로 그 빛을 읽어 냅니다. 덕분에 우리는 이전에는 아예 볼 수 없었던 우주의 가장 어두운 구석까지 들여다볼 수 있게 되었습니다. 이번 기록도 이 강력한 도구가 있었기에 세울 수 있었던 성과입니다.

붉은 은하 하나 더

제임스 웹이 최근 세운 기록은 이 하나뿐이 아닙니다. 보도에 따르면 천문학자들은 적색편이 약 11.45에 놓인 또 다른 은하를 찾아내고 이지에스 제트 십일 아르 영, 곧 EGS-z11-R0라는 이름을 붙였습니다. 이 은하는 지금까지 발견된 붉은 은하 가운데 가장 먼 것으로 보고되었습니다. 초기 우주가 우리가 생각했던 것보다 훨씬 다채로운 은하들로 붐비고 있었음을 보여 주는 또 하나의 단서입니다.

왜 이렇게 밝을까

천문학자들이 지금 가장 궁금해하는 것은 왜 초기 은하들이 이토록 밝은가 하는 문제입니다. 우주가 태어난 지 얼마 되지 않은 시기에는 별과 은하가 이렇게 빨리, 이렇게 밝게 자라기 어렵다고 여겨져 왔습니다. 그래서 학자들은 별이 유난히 빠르게 태어났을 가능성부터 새로운 종류의 별이 있었을 가능성까지 여러 설명을 놓고 고민하고 있습니다. MoM-z14 같은 은하가 바로 이 수수께끼를 풀 실마리가 되어 줄 것으로 기대됩니다.

다음 차례, 로먼 망원경

이 이야기는 아직 끝난 것이 아니라 이제 막 시작된 것에 가깝습니다. 보도에 따르면 앞으로는 낸시 그레이스 로먼 우주망원경이 이런 먼 은하를 더 많이 찾아낼 것으로 기대됩니다. 넓은 하늘을 한 번에 살피도록 만들어진 이 적외선 망원경은 이르면 올해 말 발사될 수도 있다고 합니다. 새로운 눈이 하늘을 향할 때마다, 우리가 아는 우주의 지도는 조금씩 더 넓어질 것입니다.

시골 하늘에서 우주를 보다

저는 이런 소식을 들을 때마다 다시 시골 밤하늘을 떠올립니다. 도시의 불빛에서 멀리 떨어진 시골에서는 지금도 은하수가 강처럼 흐르는 하늘을 볼 수 있습니다. 거대한 망원경이 붙잡은 그 먼 빛도, 결국 우리가 마당에서 올려다보는 바로 그 하늘 너머에 있는 이야기입니다. 그래서 저는 이 소식을 어렵게가 아니라, 마당에 누운 아이도 설렐 수 있는 이야기로 전하고 싶습니다.

기록은 다시 깨질 것이다

마지막으로 잊지 말아야 할 점이 하나 있습니다. 보도에 따르면 미국 항공우주국은 이번 기록마저 머지않아 다시 깨질 것으로 내다보고 있습니다. 망원경의 성능이 좋아질수록 우리는 더 먼 과거, 더 어린 우주를 향해 계속 나아갈 것입니다. 언젠가 오늘의 이 아기 은하보다 더 오래된 빛이 우리에게 닿는 날, 저는 다시 그 이야기를 가장 쉬운 말로 여러분께 전하겠습니다.