은하 중심에는 그 은하에서 가장 큰 질량을 지닌 블랙홀이 있다. 거대 질량 블랙홀(SMBH, SuperMassive BlackHole)은 태양 질량의 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 거대한 몸집과 강한 중력으로 은하 전체를 조절하는 은하의 심장부라 할 수 있다. 거대 질량 블랙홀은 엄청난 물질을 흡수해 지금처럼 몸집을 불렸지만, 항상 많은 물질을 흡수할 수 있는 것은 아니다. 주변에 흡수할 수 있는 물질이 대부분 소진되면 가끔 블랙홀 주변으로 끌려온 운 나쁜 별을 종종 흡수하는 수준으로 만족해야 한다. 우리은하 중심 블랙홀 역시 이런 비활동성 은하핵이라고 할 수 있다. 하지만 은하의 충돌이나 혹은 다른 이유로 인해 은하 중심 블랙홀에 갑자기 새로운 물질이 활발하게 공급되는 경우가 생긴다. 이때 블랙홀 주변으로 너무 많은 물질이 유입되기 때문에 상당수의 물질은 블랙홀로 진입하지 못하고 오히려 초고온 물질의 빠른 흐름인 제트(jet)의 형태로 방출된다. 활동성 은하핵(AGN)이나 퀘이사의 정체도 사실 강력한 제트로 우주에서 가장 밝은 천체 활동이다. 그런데 사실 과학자들은 막대한 물질을 흡수하면서 강력한 제트를 내뿜는 거대 질량 블랙홀이 어떻게 활성화되는지 잘 알지 못했다. 그동안 관측한 것은 우리은하 중심 블랙홀처럼 활동을 멈춘 은하나 아니면 강한 에너지를 방출하는 활동성 은하핵 둘 중 하나로 잠자던 블랙홀이 어떻게 깨어나 활동을 시작하는지는 베일에 가려 있었다. 이탈리아 국립 천체물리학 연구소(INAF/IRA)와 볼로냐 대학 프란체스코 우베르토시가 이끄는 연구팀은 미국 국립과학재단(NSF)의 강력한 전파망원경인 VLBA(Very Long Baseline Array)와 VLA(Very Large Array)을 이용해 지구에서 60억 광년 떨어진 은하단인 ‘CHIPS 1911+4455’를 관측했다. 연구팀은 이곳에서 막 활동을 시작한 거대 질량 블랙홀의 증거를 찾아냈다. CHIPS 1911+4455 은하단 중심 블랙홀의 제트는 100광년 정도인데, 속도를 고려하면 제트가 본격적으로 분출된 것은 1000년 정도로 생각된다. 인간의 기준에서 보면 상당히 오래된 일이지만, 우주의 기준으로 보면 이제 막 분출을 시작한 제트로 볼 수 있다. 그리고 지금까지 발견된 것 가운데 가장 초기 활동 모습을 간직한 거대 블랙홀의 제트다. 연구팀은 이 제트가 뜨거운 가스를 주변으로 밀어내거나 혹은 시간이 지나면서 식는 냉각 현상을 아직 거치지 않은 매우 초기 단계라는 점을 확인했다. 따라서 거대 질량 블랙홀의 제트가 어떻게 진화하면서 활동성 은하핵이 되는지 확인할 수 있는 좋은 연구 대상이 될 것으로 보고 있다. 그리고 앞으로 연구를 진행하면서 이 거대 블랙홀의 질량이나 갑자기 활동을 시작한 이유에 대해서도 알아낼 수 있을 것으로 기대된다. 참고로 우리은하 중심 블랙홀이나 이웃한 안드로메다은하 중심 블랙홀 모두 현재 비활동 상태이지만, 수십억 년 후 두 은하가 충돌하면 유입되는 물질이 많아져 활발하게 에너지를 방출할 것으로 예상된다. 따라서 CHIPS 1911+4455는 사실 우리은하와 안드로메다은하의 미래의 모습일지도 모른다.

시속 320만㎞로 이동하는 은하끼리 충돌하면 어떤 일이 벌어질까. 영국 하트퍼드셔대, 노팅엄대, 네덜란드 그로닝언대, 더럼대 등 영국, 네덜란드, 스페인, 스웨덴, 미국, 독일, 이탈리아, 프랑스, 뉴질랜드 9개국 34개 대학과 연구기관으로 구성된 공동 연구팀은 지구상 가장 강력한 망원경으로 알려진 윌리엄 허셜 망원경(WHT)을 이용해 ‘스테판의 5중주’ 은하단에서 빠르게 움직이는 은하끼리 충돌하는 현상을 발견했다고 26일 밝혔다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘왕립 천문학회 월간 보고’ 11월 21일 자에 실렸다. WHT는 스페인 라팔마섬에 있는 망원경으로 4.2m 구경의 가시광 및 근적외선 대역 반사망원경으로 아이작 뉴턴 망원경 군(群) 중 하나다. WHT로 우리은하 중심 초대질량 블랙홀 존재 증거 포착, 감마선 폭발체의 첫 가시광 관측 등을 성공했다. 최근에는 여기에 ‘Weave’라는 초고속 매핑 장치가 설치됐다. Weave는 시간당 1000여 개의 별을 추적해 구성, 속도, 방향, 나이 등 알아낼 수 있다. 총 500만 개의 별 리스트를 만들기 위해 설치된 Weave는 수십억 년에 걸쳐 생성된 은하수 기원을 밝혀내는 작업을 하고 있다. 연구팀이 이번에 은하의 충돌을 관측한 지점은 스테판의 5중주다. 1877년 발견된 스테판의 5중주는 5개의 은하가 모여 아름다운 풍경을 이룬다는 의미로 붙여진 이름으로 은하의 충돌과 결합을 볼 수 있어 과학자들이 주목하고 있는 우주 지점이다. 스테판의 5중주 중 4개의 은하는 서로 가까이에서 중력으로 묶여 가까워지고 멀어지기를 반복하는데 이들은 지구에서 약 2억 9000만 광년, 나머지 1개는 4000만 광년 떨어져 있다. 연구팀은 스테판의 5중주를 관통하는 은하 ‘NGC 7318b’를 발견하고, 여기서 은하끼리 충돌할 때 발생하는 현상 중 하나인 ‘제트기 음파 붐’과 비슷한 강력한 충격파의 흔적을 관측했다. 즉, 충격파의 흔적은 초음파가 은하 매질 원자를 붕괴시켜 전하를 띤 가스의 빛 흔적을 남기게 되는데 이를 찾아낸 것이다. 연구를 이끈 영국 옥스퍼드대 천체물리학자인 게빈 달튼 교수는 “이번 연구 결과는 그동안 우리 관측 능력의 한계를 벗어나 있던 희미한 은하의 형성과 진화 과정을 파악하게 했다”라며 “우주 진화와 생성에 대한 이해를 혁신적으로 발전시킬 것”이라고 설명했다.

역사상 가장 선명하고 거대한 우주 지도가 드디어 공개됐다. 미국항공우주국(NASA)의 지원을 받아 유럽우주국(ESA)이 운영하는 유클리드 탐사선은 지난해 11월과 올해 5월 우주의 모습을 담은 촬영물을 지구로 전송했다. 유클리드 탐사선이 보내온 데이터를 종합한 ESA는 208기가 픽셀(화소)로 구성된 모자이크 형태의 우주 이미지를 완성했다. 이는 지금까지 공개된 것 중 가장 큰 3차원 우주지도(3D)이자 최종적으로 완성될 우주 지도의 약 1%에 해당하는 부분이다. 이번 우주 지도에는 은하수의 별 사이를 채우고 있는 은하계 권운(cirrus clouds)이 포착됐다. 가스와 먼지로 구성된 권운은 초고감도 가시광선 카메라가 빛을 반사해 포착했다. 유클리드 망원경이 지구에서 6억 7800광년 떨어진 곳에서 발견한 은하단 ‘아벨 3381’과 나선 은하 ‘NGC 2188’의 모습도 확인할 수 있다. 광활한 우주의 전체 모습을 지도 한 장에 표현할 수는 없지만, 이번에 공개된 것은 지금까지 나온 우주의 모습 중 가장 광활한 규모를 담고 있다는 점에서 학계에서도 큰 관심을 보였다. 유클리드 망원경 프로젝트에 참여 중인 매트 페이지 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 교수는 가디언과 한 인터뷰에서 “유클리드 망원경 이전에는 이렇게 넓은 면적의 하늘을 고해상도로 촬영한 적이 없었다”며 “확대한 이미지조차도 유클리드 망원경의 뛰어난 가시 장비의 완전한 해상도를 따라잡지 못한다”고 말했다. 이어 “유클리드 망원경을 사용하기 이전에는 은하수 주변을 감싸고 있는 희미한 권운같은 것은 볼 수 없었고, 이를 비추는 별도 식별할 수 없었다. 하지만 유클리드 망원경이 촬영한 이미지를 600배 확대하면 멀리서 소용돌이 치는 은하계의 모습까지 세밀하게 볼 수 있다”고 덧붙였다. ESA는 홈페이지를 통해 우주 지도를 공개하며 “이번 결과는 유클리드 망원경이 6년에 걸쳐 수집할 광범위한 조사의 1%에 불과하다”면서 “이 기간 동안 유클리드 망원경은 100억 광년 (1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로 약 9조4600억㎞)떨어진 우주에 있는 은하 수십억 개의 모양과 거리, 운동을 관찰할 것”이라고 설명했다. 이어 “최종적으로 완성될 우주 지도의 첫 번째 조각(이번에 공개된 이미지)에는 약 1억 개의 데이터가 포함돼 있다”면서 “이 놀라운 지도는 (우주 전체 이미지의) 1%에 불과하지만, 향후 가장 큰 우주 3D 지도가 만들어질 것”이라고 전했다. 한편, 유클리드 망원경의 목표는 우주의 95%를 구성하는 암흑 에너지와 암흑 물질을 규명하기 위한 우주 3D 지도를 만드는 것이다. 향후 6년의 프로젝트 기간 동안 수집한 데이터와 이를 통해 제작한 우주 지도는 우주가 어떻게 확장됐는지, 우주의 정확한 구조는 무엇인지 등을 밝히는데 도움이 될 것으로 기대를 모은다.

역사상 가장 선명하고 거대한 우주 지도가 드디어 공개됐다. 미국항공우주국(NASA)의 지원을 받아 유럽우주국(ESA)이 운영하는 유클리드 탐사선은 지난해 11월과 올해 5월 우주의 모습을 담은 촬영물을 지구로 전송했다. 유클리드 탐사선이 보내온 데이터를 종합한 ESA는 208기가 픽셀(화소)로 구성된 모자이크 형태의 우주 이미지를 완성했다. 이는 지금까지 공개된 것 중 가장 큰 3차원 우주지도(3D)이자 최종적으로 완성될 우주 지도의 약 1%에 해당하는 부분이다. 이번 우주 지도에는 은하수의 별 사이를 채우고 있는 은하계 권운(cirrus clouds)이 포착됐다. 가스와 먼지로 구성된 권운은 초고감도 가시광선 카메라가 빛을 반사해 포착했다. 유클리드 망원경이 지구에서 6억 7800광년 떨어진 곳에서 발견한 은하단 ‘아벨 3381’과 나선 은하 ‘NGC 2188’의 모습도 확인할 수 있다. 광활한 우주의 전체 모습을 지도 한 장에 표현할 수는 없지만, 이번에 공개된 것은 지금까지 나온 우주의 모습 중 가장 광활한 규모를 담고 있다는 점에서 학계에서도 큰 관심을 보였다. 유클리드 망원경 프로젝트에 참여 중인 매트 페이지 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 교수는 가디언과 한 인터뷰에서 “유클리드 망원경 이전에는 이렇게 넓은 면적의 하늘을 고해상도로 촬영한 적이 없었다”며 “확대한 이미지조차도 유클리드 망원경의 뛰어난 가시 장비의 완전한 해상도를 따라잡지 못한다”고 말했다. 이어 “유클리드 망원경을 사용하기 이전에는 은하수 주변을 감싸고 있는 희미한 권운같은 것은 볼 수 없었고, 이를 비추는 별도 식별할 수 없었다. 하지만 유클리드 망원경이 촬영한 이미지를 600배 확대하면 멀리서 소용돌이 치는 은하계의 모습까지 세밀하게 볼 수 있다”고 덧붙였다. ESA는 홈페이지를 통해 우주 지도를 공개하며 “이번 결과는 유클리드 망원경이 6년에 걸쳐 수집할 광범위한 조사의 1%에 불과하다”면서 “이 기간 동안 유클리드 망원경은 100억 광년 (1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로 약 9조4600억㎞)떨어진 우주에 있는 은하 수십억 개의 모양과 거리, 운동을 관찰할 것”이라고 설명했다. 이어 “최종적으로 완성될 우주 지도의 첫 번째 조각(이번에 공개된 이미지)에는 약 1억 개의 데이터가 포함돼 있다”면서 “이 놀라운 지도는 (우주 전체 이미지의) 1%에 불과하지만, 향후 가장 큰 우주 3D 지도가 만들어질 것”이라고 전했다. 한편, 유클리드 망원경의 목표는 우주의 95%를 구성하는 암흑 에너지와 암흑 물질을 규명하기 위한 우주 3D 지도를 만드는 것이다. 향후 6년의 프로젝트 기간 동안 수집한 데이터와 이를 통해 제작한 우주 지도는 우주가 어떻게 확장됐는지, 우주의 정확한 구조는 무엇인지 등을 밝히는데 도움이 될 것으로 기대를 모은다.

우주에서 가장 큰 렌즈는 지구나 태양계가 아닌 우주 먼 곳에 있다. 멀리 있는 천체를 수십 배 확대해 주는 중력렌즈가 그것이다. 아인슈타인의 상대성 이론에서 예측된 중력렌즈는 은하나 은하들이 모인 은하단의 중력에 의해 빛의 경로가 휘어 렌즈처럼 빛을 확대하는 현상으로 실제 천문학자들에 의해 관측됐을 뿐 아니라 이제는 먼 우주를 관측하는 주요 수단으로 활용되고 있다. 그런데 이런 중력렌즈 가운데는 지구에서 관측했을 때 여러 개의 은하와 은하단이 일렬로 늘어서 빛을 여러 번 증폭하는 다중 렌즈도 존재한다. 미 국립 로렌스버클리연구소의 윌리엄 쉐우와 동료들은 이런 다중 중력 렌즈를 찾던 중 무려 8개의 중력 렌즈가 일렬로 늘어선 8겹 중력 렌즈를 찾아냈다. DESI-090.9854-35.9683는 암흑에너지 분광학 장치(DESI)를 이용해 찾아낸 중력렌즈로 가장 큰 렌즈 역할을 하는 은하단은 지구에서 50억 광년 떨어져 있다. 그리고 그 뒤로 76억 광년에서 120억 광년까지 7개의 은하가 일렬로 늘어서 있어 그만큼 먼 우주를 더 자세히 관측할 수 있다. 그런데 중력렌즈는 사실 사람이 만든 렌즈처럼 균일하지 않기 때문에 사실은 상이 또렷하게 맺히는 경우보다 일그러진 형태로 관측된다. 큰 은하단 뒤에 늘어선 7개의 은하 역시 정확히 초점이 맞는 게 아니기 때문에 렌즈의 가장 자리에 대관람차처럼 돌아가면서 그 모습을 보여준다. 그 결과 인간이 만든 렌즈에서는 볼 수 없는 독특한 형태를 볼 수 있다. 연구팀이 공개한 중력렌즈의 실제 사진을 보면 중앙의 렌즈 가장 자리에 7개의 은하가 회전하면서 몇 개씩 이미지를 보여준다.(숫자는 은하의 번호이고 a, b, c는 같은 은하의 다른 이미지) 오히려 초점이 맞지 않기 때문에 과학자들은 뒤에 있는 은하도 가리지 않고 볼 수 있는 셈이다. 물론 이미지가 몇 개로 나눠지고 일그러지는 문제도 있지만, 고성능 최신 컴퓨터를 이용하면 이 정도는 간단히 복원해 본래의 모습을 확인할 수 있다. 참고로 이번 연구에는 국립 에너지 과학 연구 센터 NERSC의 펄뮤터 슈퍼컴퓨터가 사용됐다. 과학자들은 이번 발견이 우주의 탄생과 진화, 암흑 에너지와 암흑 물질 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

우주에서 가장 큰 렌즈는 지구나 태양계가 아닌 우주 먼 곳에 있다. 멀리 있는 천체를 수십 배 확대해 주는 중력렌즈가 그것이다. 아인슈타인의 상대성 이론에서 예측된 중력렌즈는 은하나 은하들이 모인 은하단의 중력에 의해 빛의 경로가 휘어 렌즈처럼 빛을 확대하는 현상으로 실제 천문학자들에 의해 관측됐을 뿐 아니라 이제는 먼 우주를 관측하는 주요 수단으로 활용되고 있다. 그런데 이런 중력렌즈 가운데는 지구에서 관측했을 때 여러 개의 은하와 은하단이 일렬로 늘어서 빛을 여러 번 증폭하는 다중 렌즈도 존재한다. 미 국립 로렌스버클리연구소의 윌리엄 쉐우와 동료들은 이런 다중 중력 렌즈를 찾던 중 무려 8개의 중력 렌즈가 일렬로 늘어선 8겹 중력 렌즈를 찾아냈다. DESI-090.9854-35.9683는 암흑에너지 분광학 장치(DESI)를 이용해 찾아낸 중력렌즈로 가장 큰 렌즈 역할을 하는 은하단은 지구에서 50억 광년 떨어져 있다. 그리고 그 뒤로 76억 광년에서 120억 광년까지 7개의 은하가 일렬로 늘어서 있어 그만큼 먼 우주를 더 자세히 관측할 수 있다. 그런데 중력렌즈는 사실 사람이 만든 렌즈처럼 균일하지 않기 때문에 사실은 상이 또렷하게 맺히는 경우보다 일그러진 형태로 관측된다. 큰 은하단 뒤에 늘어선 7개의 은하 역시 정확히 초점이 맞는 게 아니기 때문에 렌즈의 가장 자리에 대관람차처럼 돌아가면서 그 모습을 보여준다. 그 결과 인간이 만든 렌즈에서는 볼 수 없는 독특한 형태를 볼 수 있다. 연구팀이 공개한 중력렌즈의 실제 사진을 보면 중앙의 렌즈 가장 자리에 7개의 은하가 회전하면서 몇 개씩 이미지를 보여준다.(숫자는 은하의 번호이고 a, b, c는 같은 은하의 다른 이미지) 오히려 초점이 맞지 않기 때문에 과학자들은 뒤에 있는 은하도 가리지 않고 볼 수 있는 셈이다. 물론 이미지가 몇 개로 나눠지고 일그러지는 문제도 있지만, 고성능 최신 컴퓨터를 이용하면 이 정도는 간단히 복원해 본래의 모습을 확인할 수 있다. 참고로 이번 연구에는 국립 에너지 과학 연구 센터 NERSC의 펄뮤터 슈퍼컴퓨터가 사용됐다. 과학자들은 이번 발견이 우주의 탄생과 진화, 암흑 에너지와 암흑 물질 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

나선은하의 가스와 별을 훔쳐가는 ‘절도 현장’이 유럽남방천문대(ESO)의 망원경에 의해 포착됐다. ESO가 공개한 새로운 이미지 속 나선은하는 NGC 3312라고 불리며, 바다뱀자리 은하단(Hydra I)으로 알려진 거대한 은하단 안에 있다. 지구에서 1억6000만 광년 떨어진 이 은하단에는 수백 개의 은하들이 있는데, NGC 3312이 그중 가장 큰 것이다. 천문학자들은 칠레 북부 아타카마 사막의 파라날 천문대에 있는 ESO의 VLT 탐사 망원경(VST)을 사용해 나선은하를 최대로 확대해 촬영했다. ESO 관계자는 성명에서 “은하가 그 내용물을 주변 우주로 쏟아내는 것처럼 보인다”고 말했다. NGC 3312는 이미지의 중앙에 위치하고 있으며, 밝은 별과 은하에 둘러싸여 있다. 은하의 오른쪽 아래에 성간 물질의 얼룩이 보이는데, 이는 성단 중앙으로 떨어지면서 은하에서 벗겨지고 있음을 시사한다. 이 과정을 램 압력 스트리핑(ram pressure stripping)이라고 부른다. 램 압력이란 유체 매질을 통과하는 물체에 가해지는 압력을 일컫는다. ESO 관계자는 “이것은 은하가 은하단 내 은하 사이에 떠 있는 뜨거운 가스와 같은 고밀도 유체를 통과할 때 발생한다”면서 “이 뜨거운 가스는 은하의 바깥쪽 껍질에 있는 차가운 가스에 끌려들어 은하에서 ‘끌어내어져’ 우주로 새어나가게 한다. 이 차가운 가스는 별이 형성되는 원료이므로 이런 식으로 가스를 잃는 은하는 별의 개수가 줄어들 위험이 있다”고 설명했다. 시간이 지남에 따라 은하에서 점점 더 많은 가스가 제거되면서 긴 덩굴 모양의 가스가 형성될 수 있다. 그 결과, 이런 우주 절도 행위의 희생자가 된 NGC 3312와 같은 은하에게는 종종 해파리 은하라는 별명이 붙기도 한다. 주변 환경을 파악하기 위해 ESO는 바다뱀자리 은하단의 확대된 전망도 공유했다. 나선은하 NGC 3312는 이미지의 두 밝은 지점 사이에서 찾을 수 있다. 이미지의 중앙 왼쪽에서 포착된 큰 파란색 별 아래와 은하의 오른쪽 하단에 위치한 황금빛으로 빛나는 별 위에 위치한다. 이 광활한 시야는 여러 은하를 포착하여 바다뱀자리 은하단의 광대한 본질을 보여준다. 이 은하단에는 무려 157개의 밝은 은하들이 포함돼 있으며, 이 은하들의 진화는 또한 은하단 내의 강력한 중력적 영향에 의해 영향을 받을 수 있다. ESO 관계자는 “램 압력 스트리핑은 우주의 사진을 매우 다양하고 매력적으로 만드는 많은 천문적 과정 중 하나일 뿐”이라고 설명했다.

지금으로부터 정확히 25년 전인 1999년 7월 23일 미 항공우주국(NASA)의 우주왕복선 컬럼비아호에 실려 새로운 우주망원경이 우주로 발사됐다. 바로 ‘찬드라 X선 우주망원경’(Chandra X-ray Observatory)이다. 지난 22일(현지시간) NASA는 찬드라 X선 우주망원경의 발사 25주년을 기념해 기존에 공개되지 않았던 천체사진 25장을 공개하며 자축했다. NASA의 4대 대형 우주 관측소로 꼽히는 찬드라 X선 우주망원경는 이름처럼 지구대기 밖의 광원에서 나오는 X선을 통해 천체를 들여다 볼 수 있다. 그간 찬드라 X선 우주망원경은 지상에서는 관측하기 힘든 퀘이사(Quasar), 초신성 폭발 잔해, 은하단 충돌에 이르는 다양한 천체 현상을 포착해 지구로 전송했다. 이를 통해 전문가들은 가시광의 허블우주망원경, 적외선의 스피처 우주망원경의 관측 데이터를 합쳐 각종 천문학적 현상을 연구할 수 있었다.이번에 NASA는 찬드라 X선 우주망원경이 촬영한 총 25장의 천체 사진을 공개했는데, 각종 은하와 성운, 행성 등 다양하다. 특히 NASA는 이중에 나선은하 NGC 6872를 대표 이미지로 꼽았다. 지구에서 약 2억 1000만년 광년 떨어진 공작자리에 위치한 NGC 6872는 지름이 무려 52만 2000광년에 달한다. 지구가 속한 우리은하 역시 나선은하로 지름이 10만 광년 정도인 것과 비교하면 무려 5배 이상은 큰 셈.찬드라 X선 우주망원경을 운영하는 스미소니언 천체물리학 센터 팻 슬레인 소장은 “찬드라는 25년 동안 놀라운 발견을 거듭해왔다”면서 “천문학자들은 이를 통해 제작할 당시에는 알지 못핶던 미스터리, 즉 외계행성과 암흑에너지를 조사할 수 있었다”고 의미를 부여했다. 실제로 전세계 과학자들은 찬드라 X선 우주망원경의 데이터를 바탕으로 총 1만 건 이상의 논문과 50만 건에 달하는 인용을 기록해, 천체물리학 분야에서 가장 생산적인 NASA 임무 중 하나로 평가하고 있다.

지금으로부터 정확히 25년 전인 1999년 7월 23일 미 항공우주국(NASA)의 우주왕복선 컬럼비아호에 실려 새로운 우주망원경이 우주로 발사됐다. 바로 ‘찬드라 X선 우주망원경’(Chandra X-ray Observatory)이다. 지난 22일(현지시간) NASA는 찬드라 X선 우주망원경의 발사 25주년을 기념해 기존에 공개되지 않았던 천체사진 25장을 공개하며 자축했다. NASA의 4대 대형 우주 관측소로 꼽히는 찬드라 X선 우주망원경는 이름처럼 지구대기 밖의 광원에서 나오는 X선을 통해 천체를 들여다 볼 수 있다. 그간 찬드라 X선 우주망원경은 지상에서는 관측하기 힘든 퀘이사(Quasar), 초신성 폭발 잔해, 은하단 충돌에 이르는 다양한 천체 현상을 포착해 지구로 전송했다. 이를 통해 전문가들은 가시광의 허블우주망원경, 적외선의 스피처 우주망원경의 관측 데이터를 합쳐 각종 천문학적 현상을 연구할 수 있었다.이번에 NASA는 찬드라 X선 우주망원경이 촬영한 총 25장의 천체 사진을 공개했는데, 각종 은하와 성운, 행성 등 다양하다. 특히 NASA는 이중에 나선은하 NGC 6872를 대표 이미지로 꼽았다. 지구에서 약 2억 1000만년 광년 떨어진 공작자리에 위치한 NGC 6872는 지름이 무려 52만 2000광년에 달한다. 지구가 속한 우리은하 역시 나선은하로 지름이 10만 광년 정도인 것과 비교하면 무려 5배 이상은 큰 셈.찬드라 X선 우주망원경을 운영하는 스미소니언 천체물리학 센터 팻 슬레인 소장은 “찬드라는 25년 동안 놀라운 발견을 거듭해왔다”면서 “천문학자들은 이를 통해 제작할 당시에는 알지 못핶던 미스터리, 즉 외계행성과 암흑에너지를 조사할 수 있었다”고 의미를 부여했다. 실제로 전세계 과학자들은 찬드라 X선 우주망원경의 데이터를 바탕으로 총 1만 건 이상의 논문과 50만 건에 달하는 인용을 기록해, 천체물리학 분야에서 가장 생산적인 NASA 임무 중 하나로 평가하고 있다.

심연의 우주 속에서 보석을 달고 밝게 빛나는 반지를 연상시키는 천체의 모습이 포착됐다. 최근 유럽우주국(ESA)은 제임스 웹 우주망원경이 포착한 퀘이사 ‘RX J1131-1231’의 이미지를 공개했다. 지구에서 약 60억 광년 떨어진 곳에 위치한 RX J1131-1231는 우주에서 가장 밝을 빛을 내는 천체인 ‘퀘이사’(Quasar)다. ‘준항성상 천체’(quasi stellar object)를 뜻하는 퀘이사는 수십억 광년 떨어져 있는데도 별처럼 밝게 빛난다고 해서 이같은 이름이 붙었는데, 오래 전부터 먼 초기 우주를 연구하는 과학자들의 관심을 끌어왔다. 특히 퀘이사를 이렇게 밝게 빛나게 하는 것은 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀(Supermassive blackhole)로 주위의 가스와 먼지 등 물질을 게걸스럽게 빨아들여 소화시키며 높은 양의 에너지를 빛으로 내뿜는다.해당 사진을 보면 마치 우주에 다이아몬드가 박힌 반지처럼 보이지만, 사실 이는 중력렌즈로 인해 왜곡된 이미지다. 반지처럼 보이는 중앙에는 타원은하가 자리잡고 있으며, 퀘이사는 3개의 보석으로 보이지만 사실 중력렌즈 현상으로 복제된 것이다. 이를 이해하기 위해서는 아인슈타인이 100여 년 전 일반 상대성이론에서 예언한 중력 렌즈 현상을 이해해야 한다. 아인슈타인은 강한 중력은 빛도 휘게 해서 렌즈역할을 할 수 있다고 예언했다. 이 중력렌즈는 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 유사해 아주 멀리 떨어진 은하를 본래보다 밝게 보이게 하지만 초점이 없기 때문에 빛의 고리를 만들어내는등 상을 왜곡시키기도 한다. 중력렌즈는 곧 ‘우주의 돋보기’로, 이 역할을 해주는 것이 수많은 은하들이 모인 은하단이다. 이 은하단은 주위의 시공간을 왜곡시켜 이같은 중력렌즈 현상을 만들어내 더 멀리 뒤쪽에 떨어진 은하의 모습을 보여준다. ESA 측은 “은하와 같은 거대 천체가 더 먼 곳의 빛을 휘게 할 때 발생하는 중력렌즈 효과를 통해 천문학자들은 먼 퀘이사의 블랙홀 부분과 가까운 영역을 연구할 수 있다”면서 “퀘이사에서 나오는 X선 방출을 측정하면 중앙의 블랙홀이 얼마나 빨리 회전하는지 알 수 있으며 이는 향후 블랙홀이 어떻게 성장하는지에 대한 단서를 제공한다”고 설명했다.

심연의 우주 속에서 보석을 달고 밝게 빛나는 반지를 연상시키는 천체의 모습이 포착됐다. 최근 유럽우주국(ESA)은 제임스 웹 우주망원경이 포착한 퀘이사 ‘RX J1131-1231’의 이미지를 공개했다. 지구에서 약 60억 광년 떨어진 곳에 위치한 RX J1131-1231는 우주에서 가장 밝을 빛을 내는 천체인 ‘퀘이사’(Quasar)다. ‘준항성상 천체’(quasi stellar object)를 뜻하는 퀘이사는 수십억 광년 떨어져 있는데도 별처럼 밝게 빛난다고 해서 이같은 이름이 붙었는데, 오래 전부터 먼 초기 우주를 연구하는 과학자들의 관심을 끌어왔다. 특히 퀘이사를 이렇게 밝게 빛나게 하는 것은 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀(Supermassive blackhole)로 주위의 가스와 먼지 등 물질을 게걸스럽게 빨아들여 소화시키며 높은 양의 에너지를 빛으로 내뿜는다.해당 사진을 보면 마치 우주에 다이아몬드가 박힌 반지처럼 보이지만, 사실 이는 중력렌즈로 인해 왜곡된 이미지다. 반지처럼 보이는 중앙에는 타원은하가 자리잡고 있으며, 퀘이사는 3개의 보석으로 보이지만 사실 중력렌즈 현상으로 복제된 것이다. 이를 이해하기 위해서는 아인슈타인이 100여 년 전 일반 상대성이론에서 예언한 중력 렌즈 현상을 이해해야 한다. 아인슈타인은 강한 중력은 빛도 휘게 해서 렌즈역할을 할 수 있다고 예언했다. 이 중력렌즈는 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 유사해 아주 멀리 떨어진 은하를 본래보다 밝게 보이게 하지만 초점이 없기 때문에 빛의 고리를 만들어내는등 상을 왜곡시키기도 한다. 중력렌즈는 곧 ‘우주의 돋보기’로, 이 역할을 해주는 것이 수많은 은하들이 모인 은하단이다. 이 은하단은 주위의 시공간을 왜곡시켜 이같은 중력렌즈 현상을 만들어내 더 멀리 뒤쪽에 떨어진 은하의 모습을 보여준다. ESA 측은 “은하와 같은 거대 천체가 더 먼 곳의 빛을 휘게 할 때 발생하는 중력렌즈 효과를 통해 천문학자들은 먼 퀘이사의 블랙홀 부분과 가까운 영역을 연구할 수 있다”면서 “퀘이사에서 나오는 X선 방출을 측정하면 중앙의 블랙홀이 얼마나 빨리 회전하는지 알 수 있으며 이는 향후 블랙홀이 어떻게 성장하는지에 대한 단서를 제공한다”고 설명했다.

밝은 타원은하 메시에 87(M87)은 2017년 지구의 사건지평선 망원경(Event Horizon Telescope, EHT)이 최초로 블랙홀 이미지를 포착한 초거대 블랙홀의 본거지다. 약 5500만 광년 떨어져 있는 처녀자리 은하단의 거대 은하단 M87은 스피처 우주망원경으로 촬영한 이 적외선 이미지에서 푸른 색조로 나타난다. M87은 외관상 대체로 특징이 없고 구름처럼 보이지만, 스피처 이미지는 은하 중심 지역에서 폭발하는 상대론적(relativistic jets) 제트의 세부 사항을 기록한다. 상대론적 제트란 상대론적인 속도(relativistic speed), 즉 빛의 속도에 근접하는 속도로 기둥처럼 가속 분출되는 물질의 분출류(outflow)를 가리킨다.오른쪽 상단에 삽입된 그림에서 볼 수 있듯이, 제트 자체는 수천 광년에 걸쳐 뻗쳐 있다. 오른쪽에 보이는 더 밝은 제트는 우리 시야에 가까워지고 있는 중이다. 반대편에는 보이지 않는 후퇴하는 제트에 의해 생성된 충격이 물질의 더 희미한 호를 밝게 비춘다. 오른쪽 하단에 삽입된 역사적인 블랙홀 이미지는 상대론적 제트 사이에 있는 거대 은하의 중심에 있는 맥락에서 보여진다. 스피처 사진에서는 전혀 해결되지 않은, 떨어지는 물질로 둘러싸인 초대질량 블랙홀은 활동은하 M87의 중심에서 상대론적 제트를 몰아내는 엄청난 에너지의 원천이다. 사건지평선 망원경 이미지가 향상되어 M87의 유명한 초거대 블랙홀을 더욱 선명하게 볼 수 있게 되었다.

천문학자들이 은하계를 관찰할 때 일종의 우주 고고학이라 할 만한 작업을 수행하는 경우가 많다. 기본적으로 한 은하계가 가장 가까운 은하계 이웃과 어떻게 상호작용하는지 조사함으로써 해당 은하계의 역사를 재구성하는 것이 가능하다. 천문학자들이 그러한 작업에 사용할 수 있는 도구 중 하나는 세계 최대의 가시광선 망원경인 VLT(Very Large Telescope) 측량 망원경(VST)이다. 최근 VST는 은하계 과거를 밝히는 데 필요한 먼 은하계 중 일부를 묘사한 3부작 이미지를 공개했다. 첫번째 이미지는 남쪽물고기자리에서 1억 광년 떨어진 곳에 위치한 ‘힉슨 밀집은하군 90’으로 알려진 은하군의 네 구성원을 묘사한다. 은하 중 3개(NGC 7173, NGC 7176, 나선형 NGC 7174)가 중심 근처에 있다. 그들은 별과 가스를 교환하면서 서로 얽혀 있는 빛나는 후광을 만들어내고 있다. 네 번째 은하인 NGC 7172는 이미지 상단에 홀로 앉아 있다. 중심에 있는 초대질량 블랙홀은 어두운 먼지 아래에 가려져 있다.두번째 이미지는 바다뱀자리 방향으로 1억 5000만 광년 떨어진 은하인 ‘ESO 510-G13’을 묘사한다. 은하수의 별을 나타내는 빛의 점을 통해 ESO 510-G13의 중앙 후광과 S자 모양의 원반이 중앙 왼쪽에서 명확하게 식별된다. 원반의 형태는 독특하며, 천문학자들은 이것이 이 은하계가 다른 은하계와 겪었던 고대 충돌의 여파로 인한 것일 수 있다고 본다. 이미지의 오른쪽 하단에 더 멀리 떨어진 한 쌍의 은하가 보인다. 이것들은 우리로부터 2억 5000만 광년 정도 떨어져 있다.세 번째 이미지는 다른 두 은하단보다 10배 더 멀리 떨어져 있는 은하단을 묘사한다. ‘아벨 1689’는 처녀자리 방향으로 23억 광년 이상 떨어져 있다. 아벨 1689에는 실제로 200개 이상의 은하들이 포함되어 있다. 이들의 거대한 질량은 주변의 시공간을 뒤틀어 뒤에 있는 은하계의 빛을 왜곡시키는 중력 렌즈를 생성한다. 칠레 유럽 남방천문대의 파라날 천문대에 위치한 VST는 2011년부터 하늘을 관찰해 왔다. 망원경 운영자는 앞으로 몇 달 안에 더 많은 이미지를 발표할 계획이다. 유럽 남방천문대는 4개의 8m급 천체망원경과 4대의 1.8m 천체망원경으로 구성된 VLT(초거대 망원경)이 포함된다. 관측 시설은 칠레의 아타카마 사막에, 본부는 독일 뮌헨 부근에 있다.​

2년 전 크리스마스에 발사돼 인류에게 우주의 눈이 돼 준 미국항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 우주 생성 초기의 모습을 또 한 번 발견해 주목받고 있다. 미국 펜실베이니아주립대 천문학·천체물리학과를 중심으로 호주, 이스라엘, 프랑스, 덴마크, 스위스, 네덜란드, 일본 8개국 20개 연구기관 과학자들로 구성된 국제 공동 연구팀은 약 330억 광년 떨어져 있는 우주 생성 초기 은하의 모습을 관찰했다고 14일 밝혔다. 이번 발견은 천체물리학 분야 국제학술지 ‘애스트로피지컬 저널 레터스’ 11월 13일자에 실렸다. 연구팀은 판도라 성단이라는 별명을 가진 ‘아벨 2744’(Abell 2744)에서 오래된 은하단 2개를 발견했다. 이번에 관측한 성단은 지금까지 관측된 은하단 중 두 번째, 네 번째로 먼 거리에 있는 것이다. 연구팀은 전자기 스펙트럼에서 방출되는 빛을 관측하는 JWST의 새로운 분광 측정기를 이번 관측에 활용했다. 이번에 발견된 은하단들은 2022년에 촬영된 JWST 첫 심우주 이미지 중 하나에서 발견된 판도라 성단에서 빛나는 6만 개의 별빛 중 하나였다. 연구팀은 중력 렌즈 현상을 이용해 이번에 은하단을 관측했다. 중력 렌즈는 아인슈타인의 상대성 원리에서 유도된 현상으로 아주 먼 천체에서 나온 빛이 중간에 있는 거대한 천체에 의해 휘어져 보이는 것이다. 이를 통해 희미해서 관측하기 힘든 천체까지 관측이 가능하다. 연구팀은 6만 개 광원 중 700개를 일차적으로 걸러내고 다시 8개가 잠재적으로 우주 생성 초기에 만들어진 후보로 골라냈다. 그다음 이들 광원의 전자파 스펙트럼을 분석했다. 이번에 JWST가 검출한 빛은 우주의 나이가 약 3억 3000만 년이던 어린 우주 시절에 방출돼 JWST에 도달하기까지 134억 광년을 이동한 것으로 추정된다. 여기에 우주 팽창 속도를 고려하면 약 330억 광년 떨어져 있는 것으로 분석됐다. 특히 같은 거리에서 확인된 다른 은하들은 붉은 점으로 보이지만 이번에 발견된 새로운 은하들은 더 크고 땅콩 모양이나 말랑말랑한 공과 비슷한 모양으로 확인됐다. 이번 연구를 주도한 왕 빙지(王冰洁) 펜실베이니아대 천체물리학과 박사는 “지금까지는 이번에 발견된 정도로 먼 은하는 점처럼 보였는데 이번에 관측된 은하는 모양이 기다란 땅콩이나 푹신한 공처럼 보인다”라면서 “이런 형태의 차이가 별이 형성되는 방식에 따라 다른 것인지 다른 원인 때문인지 추가 연구가 필요하겠지만 초기 우주에 대한 비밀을 푸는데 한 걸음 더 다가선 것으로 평가된다”라고 말했다.

제임스 웹 우주망원경은 지금까지 관측이 어려웠던 희미한 천체를 관측해 그 진가를 증명해 보였다. 우주 초기에 형성되어 허블 우주망원경으로도 희미한 점 정도로 보였던 은하의 모습도 제임스 웹 우주망원경의 강력한 성능으로 더 자세한 모습과 특징을 연구할 수 있었다. 하지만 우주에는 제임스 웹 우주망원경으로도 관측이 어려운 희미한 은하가 다수 존재한다. 이때 큰 도움을 받을 수 있는 것이 중력 렌즈다. 중력 렌즈는 아인슈타인의 상대성 이론에서 예측된 현상으로 은하나 은하단처럼 질량이 큰 천체 주변에서는 중력에 의해 빛의 경로가 휘어지면서 마치 렌즈처럼 작용하는 현상을 의미한다. 덕분에 멀리 떨어진 은하가 본래 밝기보다 수십 배 밝아지는 경우도 있다. 천문학자들은 제임스 웹 우주망원경이 발사되기 전부터 중력렌즈를 적극 활용해 왔으나 제임스 웹 우주망원경과 중력렌즈의 힘을 합쳐 이제는 더 멀리 떨어진 어두운 천체를 관측하는 데 큰 도움을 받고 있다. 하지만 중력렌즈는 우리가 일반적으로 생각하는 렌즈처럼 깨끗하고 균일한 상을 맺는 경우가 많지 않다. 거대한 은하단의 중력에 의해 빛의 경로가 무작위로 바뀌기 때문에 종종 초점이 맞지 않거나 상이 여러 개 맺히는 경우가 흔하다. 하지만 과학자들은 이를 복원해서 본래 이미지와 스펙트럼 같은 중요한 정보를 얻는 기술을 갖고 있어 연구에는 큰 문제가 되지 않는다. 오히려 여러 개의 상이 맺히는 경우 더 재미있는 연구를 할 수 있다. 일본 교토대학과 캐나다 세인트 메리스대학 연구팀은 거대 은하단인 MACS 0417이 만드는 중력렌즈를 이용해 연구를 하다가 하나의 은하에서 나오는 두 개의 이미지가 서로 다르다는 것을 확인했다. 이 은하는 사실 하나의 은하가 아니라 ELG1와 ELG2라는 두 개의 은하가 충돌해 하나의 더 큰 은하로 성장하는 중으로 우주 초기에는 이렇게 작은 은하들이 서로 충돌해 더 큰 은하가 되는 일이 흔했다. 사실 우리은하 역시 몇 차례의 충돌을 거쳐 대형 은하로 성장했다. 그런데 연구팀이 확인한 두 이미지 A, B는 단순히 초점이 맺혀지지 않은 이미지가 아니었다. 그보다는 서로 다른 각도에서 본 은하였다. 이런 일이 가능한 이유는 은하에서 나온 빛이 은하단의 강력한 중력에 의해 경로가 바뀌면서 다른 각도에서 나온 빛도 지구에 도달할 수 있었기 때문이다. (사진 참조) 예를 들면 지구에서 관측했을 때 얼굴의 정면과 측면 이미지를 한 번에 확인할 수 있는 셈이다. 사실 우주에 있는 천체들은 모두 3차원적인 존재들이다. 따라서 이들을 한 각도에서만 보는 것은 전체 모습을 제대로 파악하기 힘든 이유 중 하나다. 그래도 은하처럼 어느 정도 형태가 알려진 경우는 어려움이 덜한데, 충돌하는 은하처럼 형태와 구조가 제각각인 경우에는 아무래도 전체 형태를 파악하기 힘들다. 과학자들은 우연한 기회에 중력렌즈의 도움으로 같은 은하를 여러 각도에서 파악해서 전체 모습을 더 잘 이해할 수 있게 됐다. 과학자들에게 중력렌즈는 자연이 준 가장 큰 렌즈이지만, 동시에 렌즈 이상의 도움을 주는 자연의 선물인 셈이다.  

NGC 4632이라는 이름의 은하에는 광학망원경의 비밀이 숨겨져 있다. NGC 4632 은하는 지구에서 약 5600만 광년 거리에 있는 처녀자리 초은하단에 소속된 나선은하이다. 이 은하는 나선 원반에 대해 90도 각도로 회전하는 차가운 수소 가스 고리로 둘러싸여 있다. 이러한 극고리(polar ring) 은하들은 광학망원경으로는 직접 관측되지 않아 이전에는 별빛을 사용하여 발견되었다. 그러나 NGC 4632는 전파 망원경 조사를 통해 극고리가 처음으로 확인된 것 중 하나다. 위의 합성 이미지는 고감도 ASKAP 망원경으로 관찰한 가스 링과 하와이 케크 천문대의 스바루 망원경의 광학 데이터를 결합한 것이다. 천문학자들은 컴퓨터를 이용해서 만들어진 가상현실을 사용하여 은하계 주원반의 가스를 고리에서 분리했으며, 미묘한 색상 그라데이션을 이용해 궤도 운동을 추적한다. 이러한 극고리는 어떻게 해서 생겨난 것일까? 그 정확한 생성 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았지만, 동반 은하와의 중력적 상호작용을 통해 끌어온 물질로 이루어진 것일 수 있다. 또는 그물망처럼 엮어져 있는 우주 웹의 중력 골짜기를 따라 흐르던 수소 가스 덩어리가 경로상에 있는 은하 주위의 고리에 부착되기도 하는데, 이러한 성운의 일부가 중력 붕괴를 일으켜 수축되기 시작함으로써 종국에 별이 탄생하게 된다. 

우리 태양 질량의 무려 300억 배가 넘는 것으로 추정되는 거대한 '괴물 블랙홀'이 발견됐다. 최근 영국 더럼 대학 연구팀은 지구에서 약 27억 광년 떨어진 '아벨(Abell) 1201' 은하단(銀河團)에서 태양 질량의 무려 300억 배에 달하는 극초거대질량 블랙홀을 발견했다는 연구결과를 발표했다. 역대 발견된 것 중 가장 큰 블랙홀 중 하나로 평가받는 이 블랙홀은 인간의 머리로는 상상하기 힘든 숫자로 설명된다. 먼저 이 블랙홀은 우리 태양의 약 300억 배가 넘는 질량을 갖고 있어 우리은하 중심에 위치한 궁수자리 A* 블랙홀보다도 무려 5000배는 더 크다.블랙홀은 우리의 태양 질량과 비교해 ‘체급’을 나누는데 태양보다 수십 만 배 이상 큰 초질량 블랙홀과 태양보다 3배 이상 큰 항성질량 블랙홀로 구분한다. 특히 우주에는 인간의 상상을 훌쩍 뛰어넘는 블랙홀도 존재하는데 태양의 100억 배 이상 질량을 가진 이같은 블랙홀을 '극초거대질량 블랙홀'(ultramassive black hole)이라 부른다. 　 특히 이번 블랙홀은 중력렌즈 효과와 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 처음으로 발견돼 전문가들의 관심을 모으고 있다. 중력렌즈는 아인슈타인의 상대성 이론에 따라 빛이 시공간을 지나면서 질량이 큰 천체 옆에서 휘어지는 현상을 이용한 것이다. 먼 별이나 은하에서 나온 빛은 은하나 은하단의 중력장에 들어가면 마치 렌즈에 들어간 빛처럼 경로가 굴절되면서 확대된다. 과학자들은 중력렌즈의 도움을 받아 멀리 떨어진 천체를 10~20배 정도 더 밝게 볼 수 있다.더럼 대학 연구팀은 중력렌즈 효과로 은하의 빛이 휘고 확대된 이미지를 허블우주망원경으로 포착했으며, 또 이를 슈퍼컴퓨터를 활용해 수십 만 번 시뮬레이션했다. 이 결과 태양 질량의 무려 300억 배에 달하는 극초거대질량 블랙홀의 존재가 확인된 것. 연구를 이끈 제임스 나이팅게일 박사는 "태양 질량의 300억 배에 달하는 블랙홀은 지금까지 발견된 것 중 가장 큰 것 중 하나"라면서 "이론적으로 블랙홀이 얼마나 커질 수 있는지에 대한 상한선에 있기 때문에 매우 흥미로운 발견"이라고 설명했다. 특히 그는 "이번에 발견된 블랙홀은 다른 거대 블랙홀과는 달리 그다지 활동적이지 않는 것이 특징"이라면서 "중력렌즈 효과를 활용하면 이처럼 멀리있는 비활동성 블랙홀도 연구가 가능하다는 것이 확인됐다"고 덧붙였다. 　한편 SF영화의 소재로도 등장하는 블랙홀은 질량이 매우 큰 별의 진화 마지막 단계에서 만들어지며 강력한 중력으로 모든 것을 빨아들이는 시공간 영역을 말한다. 특히 블랙홀은 빛 조차도 흡수하기 때문에 직접 관측할 수 없다. 다만 전문가들은 블랙홀이 강력한 중력으로 주변에서 많은 물질을 흡수하면서 제트(jet)라는 강력한 물질의 흐름을 방출한다는 사실을 통해 그 존재를 확인하는데 이번에 중력렌즈를 통한 방법도 새 블랙홀 발견의 가능성을 열었다.  

미 항공우주국(NASA)이 제임스 웹 우주망원경(이하 웹 망원경)과 찬드라 X선 관측소의 데이터로 만든 새로운 천체 사진을 4일(현지시간) 공개했다. 지난 7월 첫 사진을 공개했던 웹 망원경은 그후 여러 망원경과 협력해 천체를 관측하는 임무를 수행해왔다. 지난달 말에는 허블 우주망원경과 함께 우주선이 소행성에 충돌해 궤도를 바꾸는 순간을 포착하기도 했다. 최근 NASA 과학자들은 웹 망원경이 새로 관측한 적외선 데이터를 찬드라의 X선 데이터와 결합해 지금까지 볼 수 없던 우주의 다양한 모습을 공개했다.가장 먼저 공개된 사진은 약 2억 9000만 광년 밖 페가수스자리 소은하군인 ‘스테판 5중주’ 모습이다. 은하 5개 중 4개가 서로 중력으로 묶여 근접했다 멀어지기를 반복해 춤추는 은하로도 불리며, 언젠가 서로 병합할 것으로 예상된다. 적외선 데이터(빨간색, 주황색, 노란색, 녹색, 파란색)는 휘몰아치는 가스 꼬리와 별 형성의 폭발 과정 등을 보여주며, X선 데이터(밝은 파란색)는 한 은하에서 방출한 충격파가 다른 은하들의 가스를 통과하며 거품 형상으로 나타난 모습을 보여준다.그다음은 약 5억 광년 밖 조각가 자리의 ‘수레바퀴 은하’ 모습이다. 지름은 15만 광년으로 우리은하보다 50% 더 크다. 중앙과 외곽으로 2개의 고리가 있는 ‘고리 은하’이기도 하다. 과학자들은 거대한 나선 은하가 다른 은하와 고속으로 충돌한 뒤 구조와 형태가 수레바퀴 모야으로 바뀐 것으로 분석한다. 찬드라로 관측한 파란색과 자주색 형상은 초고온으로 가열된 가스와 폭발하는 별, 중성자별과 같은 짝별에서 물질을 끌어당기는 블랙홀에서 나온 것이다. 웹 망원경의 적외선 데이터는 해당 은하 외에도 더 멀리 떨어진 2개의 작은 동반 은하를 배경으로 보여준다.세 번째 사진은 약 46억 광년 밖 날치자리 은하단 ‘SMACS 0723’ 모습으로, 약 130억 년 전 만들어진 초기 우주 천체의 빛을 담고 있다. 웹 망원경으로만 포착한 사진은 지난 7월 백악관 행사에서 공개된 바 있다. 여기에 밝은 파란색으로 더해진 찬드라 X선의 이미지는 중심부에 밀집한 가스를 보여준다.끝으로 산과 계곡을 담고 있는 듯한 ‘우주절벽’의 새로운 모습도 공개됐다. 이는 약 7600광년 밖 용골자리 성운(NGC 3372)에 있는 산개 성단인 ‘NGC 3324’ 내 거대한 공동(空洞)의 끝부분인데, 높은 봉우리가 솟아있는 험준한 산맥처럼 보인다. 이 공동은 중앙(상단)에 있는 젊고, 뜨거운 큰 별들이 내뿜는 항성풍과 강력한 자외선 방사가 만들어냈다. 여기에 상단의 확산하는 X선 방출은 NGC 3324 성단에서 가장 뜨겁고 무거운 3개의 별에서 방출되는 뜨거운 가스를 보여준다. 찬드라는 우주의 극도로 뜨거운 영역에서 나오는 X선 방출을 포착하고자 특별히 설계됐다. 찬드라의 데이터를 더하면 웹 망원경의 적외선 카메라로는 볼 수 없는 고에너지 방출 과정을 볼 수 있다. 웹 망원경은 지난해 12월 25일 프랑스령 기아나에서 아리안 5호 로켓에 실려 우주로 발사됐다. 이후 웹 망원경은 지구-달 거리의 약 4배인 160만㎞를 날아간 끝에 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 ‘제2 라그랑주점’(L2) 궤도에 안착해 관측 임무를 시작했다.

올해 천문학 분야에서 가장 중요한 사건은 오랜 시간 막대한 비용을 들여 개발한 제임스 웹 우주 망원경이 본격적으로 관측을 시작했다는 것이다. 천문학과 천체물리학의 발전은 결국 더 멀리 있고 희미한 천체를 더 자세히 볼 수 있는 관측 기술에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 예를 들어 더 멀리 떨어진 은하를 관측하면 그만큼 더 오래전 은하를 관측할 수 있기 때문에 우주 초기의 일을 알아낼 수 있다.  하지만 희미한 천체라고 해서 반드시 별이나 은하를 의미하지는 않는다. 그보다 훨씬 작은 천체도 어둡고 희미해서 잘 보이지 않을 수 있다. 대표적인 천체가 갈색왜성이다. 갈색왜성은 목성 질량의 80배 (태양 질량의 대략 8%) 이하인 가스 천체로 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없어 보통 실패한 별로 불린다. 하지만 중수소 같은 미량 원소를 이용해서 약한 핵융합 반응을 할 수 있어 행성과는 구분된다. 별과는 비교할 수 없을 정도로 차갑고 어둡지만, 그래도 스스로 빛을 내기는 하는 천체가 갈색왜성이다.  이탈리아 트리에스테 천문학 관측소의 마리오 노니노 (Mario Nonino)가 이끄는 국제 과학자팀은 제임스 웹 우주 망원경이 가동 초기에 관측한 은하단인 Abell 2744의 이미지를 분석해 우연히 같이 찍힌 어두운 갈색왜성을 발견했다.  제임스 웹 우주 망원경이 포착한 갈색왜성 GLASS-JWST-BD1은 지구에서 1,850-2,350광년 정도 떨어져 있는 목성 질량의 31배 정도 되는 갈색왜성이다. 이 갈색왜성의 표면 온도는 600K (섭씨 327도)로 목성 같은 차가운 가스 행성보다 뜨겁지만, 별보다 훨씬 차가워 일반적인 망원경으로는 관측하기 어렵다. 참고로 GLASS-JWST-BD1는 갈색왜성 가운데 가장 어두운 T형에 속한다.  제임스 웹 우주 망원경은 허블 우주 망원경보다 더 강력한 성능을 지녔을 뿐 아니라 이렇게 차갑고 어두운 천체를 관측하는데 유리한 적외선 관측 기능에 특화되어 있다. 이번 관측도 제임스 웹 우주 망원경의 근적외선 카메라 (NIRCam)와 다른 장비의 힘이 컸다.  갈색왜성은 우리에게 별로 중요하지 않은 천체로 생각되지만, 천문학자들에게는 매우 흥미로운 이야깃거리를 간직한 천체다. 우리 은하에 별만큼 많은 갈색왜성이 존재할 수 있지만, 이들 가운데 실제로 관측된 것은 극히 적어 아직도 베일에 가려 있는 미스터리 천체이기도 하다. 허블 우주 망원경을 뛰어넘는 성능을 지닌 제임스 웹 우주 망원경은 GLASS-JWST-BD1처럼 우리 은하 곳곳에 숨어 있는 갈색왜성을 다수 포착해 그 비밀을 풀어낼 것으로 기대된다.

올해 여름은 우주과학 소식이 풍부한, 그래서 조금 특별한 때다. 6월에 한국형 발사체 ‘누리호’ 발사 성공 소식에 다같이 기뻐했다. 7월에는 미국의 새 우주망원경, 제임스 웹이 찍어 보낸 사진 속 46억 광년 떨어진 은하단의 모습에 감탄했다. 한국 달 궤도선 ‘다누리’ 발사도 예정돼 있다. 우주과학은 기초연구, 산업혁신 그리고 안보에 이르기까지 여러 분야에서 역할을 하는 복합 분야다. 그리고 실용성과 산업 성장 잠재성이 큰 분야이기도 하다. 인공위성이나 달 탐사선을 발사체에 실어 목표 지점에 정확하게 진입시키고, 이들이 제대로 작동하게 하고, 그 결과를 지구에서 계속 받아 보게 하는 데 통신기술, 부품소재, 정밀 엔지니어링, 제어 등 첨단 기술이 종합적으로 동원되기 때문이다. 누리호에 이어 다누리호 발사로 한국의 우주과학과 우주산업은 한 단계 도약을 위한 계기를 얻게 됐다. 그럼에도 불구하고 우주사업의 성과를 충분히 누리고 활용할 준비가 아직 덜된 것 같다. 필자는 이미 2018년 누리호 시험발사체 발사 소식을 들었을 때 우리 모두 공유하는 달 탐사 비전이 필요하다고 쓴 적이 있다. 당시 누리호 단계적 개발의 궁극적인 목표가 달 탐사선 발사로 소개됐다. 그런데 달 탐사 사업 자체가 잘 알려지지 않은 상태였기 때문에 누리호 시험발사체에 대한 관심이 달 탐사로 이어지지 못했다. 그 뒤 4년여가 지났지만 여전히 달 탐사 사업은 잘 알려지지 않았고, 누리호 발사 성공이 다른 우주사업에 대한 관심을 촉발하지 못했다. 몇몇 언론은 누리호를 보도하면서 8월의 달 탐사선 발사를 언급했지만 후속 보도를 하지는 않았다. 물론 한국항공우주연구원의 누리집에는 발사체와 달 탐사 등 우주사업에 대해 자세하고 친절하고 과학적인 정보를 제공한다. 그러나 이 정보들은 건조하고 개별적인 사업 설명에 가까워 대중의 눈으로 보면 각 사업들 사이의 연결성을 알아채기 어렵다. 이제 달 탐사 계획을 적극 알릴 때다. 우주강국이 된다는 뻔한 문장에서 벗어나 과학기술과 문화가 결합된 전략적인 방식으로 알려야 한다. 발사체와 인공위성 개발은 각각의 ‘기능’ 달성이 중요하다. 이와 달리 달 탐사 사업에는 탐사선 착륙과 자료 수집이라는 기능에 더해 수집된 자료 해석과 그에 바탕해 달에 대한 한국인의 이해와 인식이 달라질 여지가 있다. 이 부분까지 포함해 달 탐사 사업을 알리려면 과학기술과 사회문화, 두 갈래 접근이 필요하다. 한 갈래는 달 탐사의 과학기술 비전이다. 우주과학 발전의 맥락에서 한국 달 탐사의 목적은 무엇인지, 어떤 단계를 밟아서 어떤 기술을 개발하고 있는지, 2030년대에 달 착륙탐사 이후 한국 과학기술에서 어떤 변화를 기대할 수 있는지 등이다. 특히 달 탐사 관련 여러 과학기술의 관련성을 잘 드러내야 한다. 예를 들어 누리호와 다누리호는 각각 달 탐사를 위한 발사체와 탐사선의 중간 단계인데, 별도의 공모 결과 비슷한 이름이 선택돼 둘의 연결성을 보여 주기 쉬워졌다. 다른 갈래는 문화적 접근이다. 여기에는 달의 과학을 다루는 과학문화, 달 탐사 현장 과학기술자들의 열정, 좌절 등 인간적인 면모를 보여 주는 콘텐츠, 달을 주제로 한 문화예술 작품과 콘텐츠 등에 대한 소개가 포함될 수 있다. 지금부터 2030년까지 달과 우주에 대한 이해와 기대감을 차근차근 쌓아 나가야 한다. 그 바탕이 있어야 달 탐사 성공 이후 우주과학을 꿈꾸게 된 청소년, 달을 모티브로 작품을 만드는 작가, 예술가, 크리에이터들의 등장을 기대할 수 있다. 그리고 이 모든 시작은 한국 달 탐사 사업의 이름을 지어 주는 것이다. 이름을 가진 어떤 것은 정체성과 존재감이 뚜렷해지고 거리감을 좁히고 쉽고 오래 기억되기 때문이다.