NASA 스피처 우주 망원경(Spitzer Space Telescope)이 우주의 가장 오래된 은하 중 일부가 예상보다 훨씬 밝았다는 것을 제시했다.

130억 년 우주를 통과해 지구에 도달한 이 빛은 우주 초창기까지 거슬러 올라간다. 연구팀은 스피처 데이터를 사용해 135개의 먼 은하를 관찰, 130억 년 전에 형성된 빅뱅 이후 10억 년시점의 이 천체들이 예상보다 밝다는 것을 발견했다.

연구자들은 연구결과와 허블 우주망원경이 구축한 자료와 결합한 논문을 로얄 천문학회 월간 공지(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 발표했다.

과도한 밝기가 특별한 것은 아니지만 연구는 그 당시 존재하는 평균 은하조차도 오늘날 볼 수 있는 은하계보다 훨씬 더 밝다는 것을 보여준다. 이들 은하는 수소 등 은하계 가스와 방사선이 혼합해 생성된 적외선의 두 파장에서 특히 밝았다.

앞선 발표에 따르면 은하계는 높은 수준의 이른바 이온화 방사( ionizing radiation)를 보였다. 이 방사선은 초기 우주에서 풍부한 중성 수소(neutral hydrogen)에 부딪혀 이온화되고 전하를 방출해 재이온화(Epoch of Reionization )를 유발하는 과정은 첫 번째 별의 형성 과정과 동일하다.

credit: NASA JPL/spitzer.caltech.edu.

우리 우주 첫 번째 별의 기원을 확실히 알 수는 없다. 그러나 빅뱅 이후 약 1억 ~ 2억 년 사이에 우주는 아마도 별들로 합쳐지기 시작한 중성 수소 가스로 대부분 채워졌고, 그 결과 첫 번째 은하를 형성하기 시작했다.

빅뱅 이후 약 10억 년 후 우주는 별과 은하로 반짝이는 곳이 됐다. 다른 것도 변했다. 전이 중성수소 기체 전자는 이온화라고 알려진 과정에서 제거됐다. 재이온화 시대 – 중성 수소로 가득 찬 우주에서 이온화 된 수소로 채워진 우주로의 전환 -은 연구 근거가 뒷받침되고 있다.

우주적 변화 이전에, 전파와 가시광선과 같은 장파장 형태의 빛은 우주를 거의 방해하지 않고 통과했다. 그러나 자외선, X 선 및 감마선을 포함한 더 짧은 파장의 빛은 중성 수소 원자에 의해 중단됐다. 이러한 충돌은 전자의 중성 수소 원자를 제거해 이온화한다.

그러나 우주의 모든 수소에 영향을 줄 수있는 이온화 방사선을 생산할 수 있었던 것은 무엇일까. 개개의 별이나 거대한 은하계 중 하나라면 초기 우주 조화를 이룬 초기의 별과 은하들은 대개 오늘날과는 달랐을 것이다. 이들은 대개 다량의 전리 방사선을 방출하지 않는다.

그리고 다시, 아마도 퀘이사(quasars) 같은 초대형 은하를 맴 도는 초대질량 블랙홀(supermassive black holes)에 의해 구동되는 엄청나게 밝은 중심을 가진 은하와 같은 사건이 일어 났을 것이다.

스위스 제네바대(University of Geneva)의 연구 책임자이자 박사후 연구원 스테판 드 바로(Stephane De Barros)는 “이것은 관측 우주론에서 가장 열려있는 질문 중 하나”라며 “우리는 그것이 일어난 것을 안다. 하지만 그 원인은 무엇인가. 이 새로운 발견은 커다란 단서가 될 수있다”고 말했다.

2021년에 발사 될 NASA 제임스 웹 우주망원경은 스핏저가 관찰한 많은 파장의 우주를 연구할 계획이다. 스핏저는 망원경 주경 직경 85cm (33.4 인치), 웹은 6.5 미터 (21 피트)로 7.5 배 정도 더 넓어 이 은하를 훨씬 더 자세히 연구 할 수 있다.

웹 우주망원경은 우주의 첫 번째 별과 은하계의 빛을 포착할 계획이다.

제네바대(University of Geneva) 파스칼 외치(Pascal Oesch) 조교수는”스핏저의 이러한 연구 결과는 분명히 우주 재조합의 수수께끼를 푸는 새로운 단계”라며 “우리는 현재 이 초기 은하계의 물리적 조건이 오늘날 은하계와 매우 다르다는 것을 알고 있으며, 제임스 웹 우주 망원경이 그 이유를 자세히 밝혀 낼 것”이라고 말했다.

NASA 제트추진연구소(JPL)는 스핏저 우주 망원경 임무를 관리하고 있다. 과학연구와 작업은 패서디나(Pasadena)의 칼텍(Caltech)에있는 스피처과학센터(Spitzer Science Center)에서 실시된다. 우주 프로젝트는 콜로라도주 리틀턴 소재 록히드 마틴 우주 시스템 (Lockheed Martin Space Systems)에 기반을두고있다. 데이터는 칼텍의 IPAC(Infrared Science Archive)에 보관된다.