134억 년 전 초기 우주 은하에서 산소 발견…기존 예측 뒤집어 🌌

 

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🔎 초기 우주 은하에서 산소 발견, 기존 우주 진화 이론 뒤집혀

과학자들이 134억 광년 떨어진 은하에서 산소의 존재를 확인하면서 기존 우주 진화 이론이 뒤집혔습니다. 이는 우주가 약 137억 년의 나이를 가졌다는 점을 감안할 때, 우주가 약 3억 살이었을 때의 초기 은하에 해당합니다. 우주 초기에는 산소 같은 무거운 원소가 존재하기 어렵다는 기존의 과학적 예측을 정면으로 뒤집는 발견입니다.

 

지구로부터 134억 광년 떨어져 관측사상 가장 먼 거리에서 관측된 은하 JADES-GS-z14-0을 그린 일러스트. 초기 우주의 은하는 덩어리지고 불규칙한 경향이 있다. ESO/M. Kornmesser 제공

📡 관측된 은하 JADES-GS-z14-0의 의미

이번에 산소가 발견된 은하는 지난해 미국 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST)이 발견한 JADES-GS-z14-0입니다. 이 은하는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 위치: 지구에서 약 134억 광년 거리
• 나이: 우주가 약 3억 살이었을 때 형성
• 형태: 덩어리지고 불규칙한 초기 은하의 형태

우주의 나이는 약 137억 년으로 추정되기 때문에, JADES-GS-z14-0의 빛이 지구에 도달하는 데 134억 년이 걸린 것입니다. 이는 우리가 현재 보고 있는 JADES-GS-z14-0이 우주의 3억 살 때 모습이라는 뜻입니다.

 

🚀 초기 은하에서 산소 발견의 의미

은하는 일반적으로 다음과 같은 과정을 거쳐 형성됩니다.

• 처음에는 수소(H), 헬륨(He) 같은 가벼운 원소로 구성된 어린 별들이 모여 형성됨
• 별들이 성숙하면서 핵융합으로 산소 등 무거운 원소 생성
• 별이 생애를 마치고 초신성 폭발로 원소들이 흩어짐

산소는 수소보다 16배 무거운 원소로, 초기 우주에는 이러한 무거운 원소가 충분히 형성되기 어려울 것으로 예상됐습니다. 따라서 초기 은하에서 산소가 발견되었다는 사실은 기존 우주 진화 모델에 큰 수정이 필요함을 의미합니다.

 

화로자리 방향에 있는 JADES-GS-z14-0 은하의 위치와 은하를 클로즈업한 모습. ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, CSA, STScI 제공

🔬 산소 발견은 어떻게 이루어졌나?

이탈리아의 스테파노 카르니아니 교수팀과 네덜란드 샌더 슈우스 연구팀이 각각 연구를 진행했습니다. 두 팀은 칠레의 세계 최대 전파망원경인 아타카마 대형 밀리미터·서브밀리미터 집합체(ALMA)로 JADES-GS-z14-0 은하의 데이터를 분석했습니다.

분석 결과, 초기 은하에서 다음과 같은 관측 결과가 나왔습니다.

• 산소와 같은 무거운 원소의 양이 기존 예상보다 10배나 많음
• 초기 은하가 예상보다 빠르게 형성되고 성숙했음을 의미

👉 연구팀 반응

슈우스 연구원은 다음과 같이 밝혔습니다.

"아기만 있을 거라고 기대했던 곳에서 청소년을 발견한 것 같다. 이는 은하가 기존 예상보다 빠르게 성숙했다는 것을 보여준다."

🌠 우주 진화 모델 수정 필요

이번 연구 결과는 다음과 같은 과학적 의미를 가집니다.

• 우주 초기 은하의 형성 속도와 성숙 과정 재평가 필요
• 빅뱅 이후 은하 진화 과정에 대한 기존 이론 수정 필요
• 우주에서 무거운 원소가 형성되는 과정에 대한 새로운 모델 필요

연구팀은 "JWST와 ALMA의 시너지 효과가 초기 우주 연구에 큰 기여를 했다"고 강조했습니다.

✅ 우주의 초기 모습, 우리가 알던 것과 다르다?

기존 이론에 따르면 우주 초기에 산소 같은 무거운 원소가 존재하기 어려웠습니다. 그러나 이번 발견으로 초기 은하에서 산소와 같은 무거운 원소가 빠르게 형성되었음이 밝혀졌습니다. 이는 우주의 형성과 진화 과정을 다시 생각해볼 중요한 과학적 전환점이 될 것입니다.