수많은 별들이 빽빽이 모여있어 빈틈조차 찾기힘든 환상적인 별들의 모습이 우주망원경에 포착됐다. 지난 17일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 구상성단 '메시에 55'(M55)의 모습을 사진으로 공개했다. 지구에서 약 2만 광년 떨어진 궁수자리에 위치한 M55는 지름만 100광년에 이르는 거대한 성단이다. 이 성단 안에 무려 10만 개에 달하는 별들과 밝기가 주기적으로 변하는 변광성이 55개 있으며 사진으로 보이듯 중심부의 별들이 중력에 묶여 빽빽이 모여있다. 이처럼 수많은 별들이 공처럼 둥글게 모여있는 것을 구상성단(球狀星團)이라 하는데 우리은하에만 적어도 150개 이상 있을 것으로 추정된다.다만 이처럼 크고 밝은 M55는 지구상에서는 전체 모습이 잘 관측되지 않는데, 특히 북반구에서는 하늘에서 낮게 자리잡고 있어 두꺼운 대기층과 빛공해 등의 방해를 받는다. 이같은 문제는 허블우주망원경이 해결했다. 지상의 망원경으로는 지구 대기 왜곡으로 인해 구상성단 중심의 별을 명확하게 관측하는 것이 불가능하지만 500㎞ 이상의 상공을 도는 허블우주망원경은 대기의 간섭없어 어떤 종류의 별이 구상성단을 구성하는지, 어떻게 진화하는지 등에 대한 통찰력을 주기 때문. 　 아름다운 별들의 집단인 성단은 우주에 떠도는 성운에서 태어난다. 같은 장소에서 비슷한 시기에 태어나는 만큼 별들이 어떤 진화 경로를 밟는가를 연구하는데 좋은 대상이 된다. 성단의 종류에는 산개성단(散開星團)도 있는데 산개성단은 구상성단과 달리 젊고 푸른 별들이 느슨한 구조를 이루고 있다.  

은하 중심에는 거대한 크기의 블랙홀이 있다. 예를 들어 우리 은하계 중심에는 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있고 이웃한 안드로메다 은하는 이보다 더 큰 질량을 지닌 거대 블랙홀이 있다. 따라서 어떤 별이든 그 중력에 잡혀 블랙홀 방향으로 떨어지면 결국 한 번에 흡수되는 운명을 피하지 못한다. 다만 블랙홀로 떨어지는 별은 단순하게 흡수되는 것은 아니다.  블랙홀의 엄청난 중력 때문에 같은 별 안에서도 블랙홀에 가까운 부분과 먼 부분이 서로 잡아당기는 힘이 다르다. 따라서 별은 길쭉하게 늘어나면서 조각나게 되는 데 이런 현상을 조석 파괴 현상 (TDE, tidal disruption event)라고 부른다. 이 과정을 거쳐 블랙홀 주변으로 흡수된 물질의 일부는 강력한 에너지의 제트 형태로 방출되고 나머지는 블랙홀 안으로 영원히 사라진다. 이때 방출되는 엄청난 에너지 덕분에 과학자들은 먼 거리에서도 조석 파괴 현상을 관측할 수 있다.  그런데 유럽 남방 천문대 (ESO)의 토마스 위버스와 동료들은 2018년 매우 특이한 조석 파괴 현상을 관측했다. 일반적인 조석 파괴 현상이 순식간에 엄청난 에너지를 방출한 후 갑자기 사라지는 것과 달리 AT2018fyk는 거의 600일 동안 X선 영역에서 에너지를 방출했다. 하지만 더 이상한 현상은 1,200일 후 AT2018fyk가 다시 밝아졌다는 점이다.  이 현상을 설명할 수 있는 유일한 방법은 별이 흡수되지 않고 살아남아 주기적으로 블랙홀 주변을 공전한다는 것이다. 연구팀은 관측 결과를 토대로 태양과 비슷한 질량의 별이 1,200일 정도를 주기로 블랙홀 주위를 공전하는 것으로 분석했다. 연구팀에 따르면 본래 이 별은 쌍성계의 하나였다. 그러나 블랙홀의 중력에 의해 한 별은 블랙홀 주변을 아슬아슬하게 타원형으로 공전하면서 조금씩 잡아 먹히는 신세가 됐고 다른 별은 초속 1,000km의 속도로 은하계를 빠져나가는 초고속 별이 되는 기구한 운명의 주인공이 됐다.  AT2018fyk는 부분 조석 파괴 현상의 첫 번째 사례로 천문학자들의 관심을 끌고 있다. 무엇보다 흥미로운 사실은 다음 이벤트도 예측할 수 있다는 것이다. 부분 조석 파괴 현상이 다시 관측되는 것은 2025년이다. 다만 이 별이 이미 파괴되지 않았다는 전제 조건이 붙는다. 연구팀은 부분 조석 파괴 현상이 일어날 때마다 대략 1-10%의 질량을 잃는 것으로 보고 있다. 따라서 이미 별이 존재하지 않을 가능성도 배제할 순 없다.  우주에는 여러 가지 사연을 지닌 천체들이 존재한다. 하지만 오랜 세월 같이 살았던 형제별과 생이별을 한 후 블랙홀에 조금씩 흡수 당하는 별처럼 기구한 운명의 별은 우주에서도 드문 존재다. 과연 이 별이 4년 후에도 살아 있다는 신호를 보낼 지 궁금하다. 

천문학자들은 오래전부터 밝기가 주기적으로 변하는 별인 변광성을 관측해왔다. 별의 밝기가 변하는 데는 여러 가지 이유가 있지만, 가장 대표적인 이유는 동반성에 의한 빛 가림 현상(식현상)이다. 우주에는 두 개의 별이 서로 공전하는 쌍성계가 흔하다. 만약 이 두 별이 지구에서 봤을 때 서로 주기적으로 앞을 가리면 그 시점에는 밝기가 감소했다가 다시 밝아진다. 이 경우 어두워지는 기간은 수 시간에서 며칠 정도로 짧다. 그런데 미국 워싱턴 대학 과학자들은 어두워지는 기간이 무려 7년에 달하는 특이한 별을 발견했다. 'Gaia17bpp'는 유럽우주국의 가이아 관측 위성이 포착한 별로 어두워지는 기간이 7년에 달한다. 가이아는 은하계에 있는 별의 밝기 변화와 위치, 속도 등을 측정하는 우주 관측 위성으로 수많은 변광성을 관측했으나 Gaia17bpp는 매우 예외적인 밝기 변화를 보였다. 연구팀은 정확한 밝기 변화와 주기를 알아내기 위해 가이아 관측 데이터와 이전에 같은 위치를 관측한 다른 관측 장치의 데이터를 함께 분석해 정확한 주기와 밝기 변화를 확인했다. 연구 결과 Gaia17bpp는 2012년부터 2019년 사이 7년 간 어두워졌는데, 가장 어두울 때는 광도가 4.5 등급이나 감소했다. 이는 본래 밝기의 4만5000배 어두워진 것이다. 더구나 밝기 변화도 2년 반에 걸쳐 일어났다. 연구팀은 이런 이상한 밝기 변화를 설명할 수 있는 가장 유력한 가설로 큰 먼지 고리를 지닌 백색 왜성을 들었다. 훨씬 큰 동반성이 먼저 최후를 맞이한 후 중심부에 무겁고 어두운 백색 왜성과 별과 행성의 잔해로 이뤄진 고리를 남긴 것이다. 이 동반성은 1000년이 넘는 긴 주기로 Gaia17bpp의 주위를 공전한다. 과학자들은 가이아 덕분에 천 년에 한 번 있는 기회를 포착한 것이다. 가이아 관측 데이터는 이미 수많은 과학적 성과를 이룩했다. 하지만 수십억 개의 별에 대한 방대한 데이터에는 아직도 우리가 모르는 우주의 비밀이 담겨 있다. 앞으로도 가이아 데이터를 이용한 과학적 성과들이 쏟아질 것으로 기대된다. 

제임스 웹 우주망원경은 관측을 시작한 지 1년도 되지 않아 과학계를 떠들썩하게 만든 관측 결과를 여럿 내놓았다. 특히 제임스 웹 우주망원경이 발사되기 전까지 최고의 우주망원경이었던 허블 우주망원경으로도 흐릿하게 보였던 천체를 상세히 관측해 놀라움을 선사했다. 미국 텍사스 대학 샤르드하 조기 교수가 이끄는 연구팀 역시 이런 경험을 공유했다. 연구팀은 제임스 웹 우주망원경을 이용해 84~110억 광년 떨어진 초기 은하를 관측했다. 이 시기는 우주 나이의 20~40% 정도 되는 시기로 우리은하 같은 대형 나선은하는 드물었고 원시적인 소형 은하들이 합체를 반복하면서 성장하던 때였다. 하지만 허블 우주망원경은 이 시기 은하 가운데도 이미 나선은하의 형태를 취한 것들이 있다는 사실을 발견했다. 다만 허블 우주망원경으로도 이 거리에서는 대부분의 은하가 작은 점처럼 보이기 때문에 나선은하가 맞는지 확신하기 어려웠다. 제임스 웹 우주망원경으로 같은 은하를 다시 확인한 연구팀은 이 은하들이 나선은하인 것은 물론이고 우리은하처럼 중심부에 막대 구조를 지닌 막대나선은하라는 사실을 발견했다. 지구에서 110억 광년 떨어진 EGS23205 은하의 경우 허블 우주망원경 사진에서는 소용돌이처럼 보이긴 해도 다소 확실치 않은 모습이었다면 제임스 웹 우주망원경은 나선 구조와 막대, 그리고 위성 은하의 모습까지 명확히 나타났다.(사진 참조) 연구팀은 이런 사례를 다수 확인했다.연구팀은 허블 우주망원경을 뛰어넘는 제임스 웹 우주망원경의 강력한 성능을 유감없이 활용해 나선은하가 우주 역사의 초기부터 매우 발전된 형태로 진화할 수 있다는 것을 확인했다. 나선은하 중심에 생기는 막대 구조는 단순한 형태학적 특징이 아니라 사실 가스를 끌어당겨 별 생성 속도를 10~100배 정도 빠르게 만드는 중요한 역할을 한다. 일부 대형 은하에서 이런 구조가 우주 초기부터 나타난 이유는 명확하지 않지만, 제임스 웹 우주망원경이 아니었다면 알 수 없었던 사실을 확인한 점은 확실하다. 우주를 들여다보는 인류의 눈인 제임스 웹 우주망원경은 앞으로도 인류의 지식을 한 단계 더 높여줄 것으로 기대된다. 

두 개의 블랙홀이 서로 가까운 거리에서 주변 물질을 집어삼키며 ‘파티’를 벌이는 모습이 목격됐다. 미국 국립전파천문대 출신 마이클 코스 박사가 이끄는 국제 연구진은 칠레 알마(ALMA) 전파망원경 관측 자료를 통해 서로 충돌 중인 두 은하의 각 중심에서 거대질량 블랙홀을 발견했다고 9일(현지시간) 밝혔다.두 블랙홀은 지구에서 게자리 방향으로 5억 광년 떨어진 두 은하 안에 있다. 두 은하가 합쳐지는 은하 병합 과정은 주로 훨씬 먼 곳에서 발생해 관측이 어렵다. 이에 따라 이 블랙홀들을 중심에 둔 두 은하는 은하 병합의 마지막 단계를 연구하는 데 이상적인 후보로 여겨진다.연구진은 알마 망원경의 고감도 수신장치를 사용해 두 은하의 깊숙한 곳을 들여다봤다. 그 결과 각 중심에서 블랙홀이 성간 먼지와 가스 등 주변 물질을 게걸스럽게 집어삼키고 있는 것으로 나타났다. 놀랍게도 두 블랙홀 사이 거리는 불과 750광년이다. 서로 거리가 가까운 두 블랙홀은 보통 쌍둥이 블랙홀이라고도 한다. 지금까지 발견된 쌍둥이 블랙홀 중 이렇게 서로 가까이 위치한 사례는 없었다. 그러나 이는 천문학적 관점에서나 가까운 것이지, 앞으로 몇 억 년이 지난 뒤에야 두 블랙홀은 하나로 합쳐질 것이다. 결국 두 블랙홀은 먹어치우던 물질이 자신들 사이를 지날 때 궤도가 좁혀져 서로를 돌기 시작할 것이다. 궁극적으로 이 블랙홀들은 지금까지 관측된 어떤 사례보다 훨씬 더 강한 중력파를 생성하기 시작할 것이라고 연구진은 설명했다. 연구진은 이번 발견에 알마 망원경이 게임체인저(상황 전개를 완전히 바꿔놓는 사람이나 아이디어, 사건) 역할을 했다고 말한다. 칠레 북부 아타카마 사막에 있는 알마 망원경은 성간 먼지와 가스 기둥이 앞을 가려도 이를 뚫고 자세히 볼 수 있다. 코스 박사는 “우리는 은하 병합에서 서로의 거리가 가장 가까운 쌍둥이 블랙홀을 발견했다. 이 발견은 이같은 블랙홀을 만드는 은하 병합이 더 먼 우주에서 훨씬 더 흔히 발생할 수 있다는 점을 시사한다”고 말했다. 자세한 연구 성과는 천문학·천체물리학 분야 국제전문학술지인 천체물리학저널레터(The Astrophysical Journal Letters) 1월 9일자에 실렸다.

우리 몸을 이루는 원소들을 비롯해 삼라만상을 이루는 94개의 자연원소들은 대체 어디서 온 것일까? 지난 수십 년 동안 과학 대중화에 앞장선 사람들이 사용한 가장 강력한 도구는 '사람은 별먼지로 만들어졌다'는 구호였다. 말하자면 거의 모든 원소들은 별이 만들어냈다는 얘기다. 물론 빅뱅의 우주공간에 나타난 원소도 있었다. 바로 수소였다. 이것이 우주에 최초로 나타난 ‘물질’로, 예로부터 철학자, 과학자들이 그토록 알고자 했던 만물의 근원, 바로 아르케(Arche)였다. 그 수소 일부가 뜨거운 빅뱅 우주공간에서 핵융합을 일으켜 만들어진 것이 헬륨이다. 이 두 원소 외의 모든 원소들은 별이 만들어냈는데, 그 레시피는 다양하다. 말하자면 원소라고 다 같은 곳, 같은 과정으로 만들어진 것이 아니라 족보가 다르다는 뜻이다. 미 항공우주국(NASA)이 운영하는 ‘오늘의 천체사진'(APOD) 8일자에 모든 원소들의 족보를 한눈에 볼 수 있게 만든 이색적인 도표가 게시되어 독자들의 눈길을 끌고 있다. 도표에서 보이듯이 죽어가는 별 중에서도 가벼운 질량의 별이 만든 원소, 무거운 별이 초신성 폭발을 일으켜 만든 원소, 중성자 별의 충돌로 만들어진 원소, 백색왜성의 폭발로 만들어진 원소 등 갖가지 다른 기원을 가지고 있다. 별을 이루는 원소의 비율은 그 별이 은하의 어느 영역에 있는가에 따라 달라진다. 예컨대 태양은 우리 은하의 나선팔 가장자리에 위치하고 있어 은하 중심부에 비해 산소 등 생명체의 기본 요소들인 중원소 비율이 비교적 적은 편이다. 우리 몸의 수소는 138억 년 묵은 원소 우리 몸을 이루는 원소들은 그 중 어떤 족보를 가진 것일까? 우리 몸의 98.5%는 겨우 6가지의 원소로 이루어져 있다. 바로 산소(O), 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 칼륨(K), 인(P)이다. 우리 몸 속의 아미노산, 단백질, DNA, 지방 등은 대부분 이 6가지 원소로 이루어져 있다. 이밖에도 구리(Cu), 철(F) 등 인체의 생체반응에 없어서는 안될 12가지 필수 원소들도 있다.우리 몸의 3분의 2를 차지하는 물 분자에 존재하는 수소는 138억 년 전에 있었던 빅뱅 우주공간에서 왔다. 그밖에 우주에는 다른 눈에 띄는 수소 공급원이 없다. 그러니까 우리 몸에는 알고 보면 138억 년 묵은 물질도 포함하고 있다는 얘기다. 기본적으로 원소의 생명은 거의 무한이다. 우리 몸의 탄소는 산소와 마찬가지로 별 내부에서 핵융합에 의해 만들어졌다. 우리 몸에 있는 철의 대부분은 오래 전 먼 별의 초신성 폭발 중에 만들어졌다. 사람들이 애호하는 금과 은은 중성자별들의 충돌에서 나오는 감마선 폭발로 만들어졌을 가능성이 높다. 이처럼 우리 몸을 이루는 대부분의 원소들이 다 별에서 온 것이라 해도, 그 원소의 비율은 별과 아주 다르다. 예컨대, 인체의 질량 중 65%는 산소가 차지하지만, 우주의 별이나 성운 중에 산소가 차지하는 비율은 1%에 못 미친다. 온 우주의 물질 중 수소와 헬륨이 차지하는 비율은 약 98%에 달한다. 위의 주기율표는 알려진 모든 원소의 기원에 대한 인류의 최선의 추측을 나타내기 위해 색상으로 구분되어 있다. 구리와 같은 일부 원소의 핵 생성 위치는 실제로 잘 알려져 있지 않으며, 관찰 및 컴퓨터 연구의 지속적인 주제다. 

미국 항공우주국(NASA)이 100억 달러(한화 10조원)를 투입한 제임스웹 우주망원경(JWST)이 지난해 12월 15일 프랑스령 남미 기아나 유럽우주센터에서 발사됐다. 주로 가시광선을 감지하는 허블 우주망원경과 달리 JWST는 적외선으로 열을 감지해 우주 가스나 먼지구름을 뚫고 우주를 가장 깊이 들여다볼 수 있다. JWST는 발사 이후 한 달 만인 지난 1월 24일 지구에서 약 150만㎞ 떨어진 ‘제2 라그랑주점’(L2)에 안착했다. 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 곳으로, JWST가 연료 소모를 최소화할 수 있는 지점이다. 태양에서 바라보면 열에 민감한 JWST가 지구의 뒤편에 숨어 초저온 상태에서 최적의 관측 성능을 유지할 수 있다. JWST는 역대 가장 크고 강력한 우주망원경이다. 지난 7월 12일 첫 공식 관측 이미지를 공개한 이래 계속해서 놀라운 우주 풍경을 잡아내고 있다. 입이 떡 벌어지는 영상을 계속 비춰주고 있으며, 그중 최고 품질의 이미지를 엄선해 발표한다. 아마 이같은 이미지들은 앞으로 여러 과학논문 발표에 밑거름이 될 것으로 믿어 의심치 않는다. 1. 우주 모래시계 지난 11월 16일 공개된 우주 모래시계는 그 중심에 갓 태어난 별, 곧 원시항성을 숨기고 있다. 불타오르는 듯한 이 장면은 L1527로 알려진 ‘아기별’로, 짙고 어두운 가스와 먼지구름에 의해 가려졌으나 적외선으로 관측할 수 있다. JWST에 탑재된 근적외선 카메라(NIRCam)는 황소자리별 형성 영역 내에서 한창 태어나고 있는 모든 별의 형성 장면을 보여준다. 2. 볼프 레예별JWST는 먼 별을 둘러싼 신비한 동심원 고리를 포착했다. 이것은 과학자들을 당황하게 만들기에 족했다. 이미지 속 중심별은 WR140으로 알려져 있으며, 대부분의 수소를 우주로 방출한 후 먼지로 둘러싸인 볼프 레예별이다. 이런 유형의 별은 아주 무거운 질량을 가진 항성의 최종 진화 단계로, 어마어마하게 불어난 외피층을 자신의 강력한 항성풍으로 날려보내 내핵이 드러난 별이다. JWST 프로젝트 학제간 과학자이자 유럽우주국(ESA) 과학 고문인 마크 매코린은 트위터에서 이 별을 “괴짜”라고 불렀다. 그는 “이미지에 보이는 6각형 파란색 구조는 JWST의 MIRI(중적외선 카메라) 이미지에서 밝은 별 WR140의 광학 회절로 인해 생긴 무늬다. 하지만 빨간색 곡선형 이미지는 실제인데, WR140 주변의 외피층들로 실제로 별 주위에 존재하는 것”이라고 밝혔다. 3. 해왕성​JWST의 첫 번째 해왕성 이미지는 고리를 두른 이 거대 얼음 행성의 참모습을 환상적으로 보여준다. 이미지는 태양계를 벗어난 NASA의 보이저 2호 우주선이 해왕성 옆을 지나간 이후 32년 만에 천문학자들에게 최고의 이미지를 보여줬다. ​해왕성 남반구의 밝은 부분은 높은 고도의 얼음 구름으로, 구름 속의 메탄이 햇빛을 흡수하기 전에 햇빛을 반사하는 광경이다. ​4. 창조의 기둥 JWST가 유명한 성운 '창조의 기둥'에 초점을 맞추자 장대한 먼지구름 속의 내용이 놀라울 정도로 선명한 모습을 보여줬다. 지구에서 약 7000광년 떨어진 뱀자리에 위치한 창조의 기둥은 독수리 성운의 일부로, 기둥 하나의 길이가 몇 광년이나 된다. 이 거대한 가스와 먼지구름은 1995년 허블 우주망원경이 잡아내 처음으로 놀라운 아름다움을 드러냄으로써 단박에 명성을 얻게 됐다. JWST가 잡아낸 새로운 이미지는 창조의 기둥을 더욱 상세하고 선명하게 드러내주고 있다. 이전에는 보이지 않았던 수백 개의 별이 화면 전체에서 빛나고 있으며, 일부는 태어난 지 불과 수십만 년밖에 안 된 갓난 아기별들이다. ​5. DART 소행성 탐사선 충돌  지난 9월 26일 NASA의 소행성 탐사선 DART(Double Asteroid Redirection Test)는 디모르포스라는 소행성 위성에 충돌해 우주 암석의 궤도를 바꾸게 했다. 디모르포스는 더 큰 우주 암석 디디모스를 공전하는 위성이다. 이 충돌 광경을 지켜본 JWST는 DART 우주선이 디모르포스에 충돌한 후 이 소행성계가 어떻게 행동했는지 보여주는 일련의 이미지를 포착했다. 6. 타란툴라 성운이 매혹적인 성운 이미지에는 공식적으로 30 Doradus라고 명명된 타란툴라 성운의 모습으로, 한 번도 본 적이 없는 어린 별들이 목하 처음으로 존재를 드러내고 있다. JWST의 고해상도 적외선 카메라는 멀리 떨어진 배경 은하뿐만 아니라 정교한 세부를 관통해 별들의 보육원을 보여준다. 타란툴라 성운은 약 16만 광년 떨어진 대마젤란은하에 있다. 성운은 우주의 나이가 불과 수십억 년 됐을 무렵의 별 형성 영역과 비슷한 화학적 조성을 가지고 있기 때문에 별 형성 연구 천문학자들에게 대단한 매력을 지닌 천체로, 천문학자들에게 상대적으로 초기 우주에서 별이 어떻게 형성됐는지에 대한 독특한 시각을 제공한다. ​7. 유령 은하공식적으로 NGC 628 또는 메시에 74로 알려진 유령 은하(Phantom Galaxy)의 이미지는 은하 형태가 매우 대칭적이기 때문에 천문학자들은 “완벽한 나선”이라고 부른다. 이미지는 JWST가 중적외선 카메라 MIRI로 수집한 데이터를 사용해 주디 슈미트에 의해 처리됐다. 이 은하는 허블 우주망원경과 WISE(광역 적외선 탐사기)와 같은 장비를 사용해 이전에 여러 번 이미지화됐지만, 이미지는 완전히 새로운 은하계의 모습을 보여준다. 8. 목성 고리JWST가 지구에서 가까운 목표물에 조준했을 때 천문학자들은 그 결과를 보고 대단히 만족해했다. 목성의 이미지는 웹의 근적외선 카메라(NIRCam)로 캡처된 것으로, 목성계를 매우 자세하게 보여준다. 여기에서 극지방을 둘러싼 아름다운 오로라와 거대 가스 행성을 둘러싸고 있는 희미한 고리, 목성의 두 위성도 볼 수 있다. 아말테아는 가장 왼쪽에 있는 밝은 점이고, 아드라스테아는 아말테아와 목성 사이의 고리 가장자리에 있는 희미한 점이다. 9. 울프-룬드마크-멜로테 은하왜소은하인 울프-룬드마크-멜로테 은하(WLM/DDO 221)의 이미지는 JWST의 근적외선 카메라가 포착한 것이다. 울프-룬드마크-멜로테 은하(WLM)은 우리은하를 포함하고 있는 국부 은하군에서 가장 멀리 떨어진 구성원 중 하나이기 때문에 천문학자들에게 흥미로운 대상이다. 고립된 특성으로 인해 WLM은 다른 시스템과 상호 작용할 가능성이 없는 만큼 은하 형성 및 진화 이론을 연구하고 테스트하려는 천문학자들의 주요 목표가 돼왔다. 1909년 막스 볼프에 의해 발견됐으며, 304만 광년 거리의 고래자리에 있다.  10. 토성 위성 타이탄JWST가 토성의 가장 큰 위성인 타이탄에 초점을 맞췄을 때 과학계는 다시 한번 흥분했다. JWST는 지난 11월 4일 간신히 타이탄의 두꺼운 메탄 구름을 포착했다. 구름 중 하나(클라우드 A)는 타이탄의 탄화수소 바다 중 가장 큰 크라켄 마레 위에 떠 있는 것이다. 그런 다음 며칠 후 하와이의 케크 천문대에서 시간이 지남에 따라 구름이 어떻게 변했는지 이해하기 위해 이 구역을 관찰했다.

약 85억 광년 밖 ‘괴물’ 블랙홀이 가까이 다가온 별을 잡아먹고 빛에 가까운 속도로 물질을 ‘트림’하듯 방출하는 극히 드문 천문 현상이 관측됐다. 미 메릴랜드대 이고르 안드레오니 박사 등 국제연구진은 지난 2월 지상과 우주의 주요 망원경이 포착한 조석파괴현상(TDE)인 ‘AT2022cmc’을 분석한 결과를 과학저널 ‘네이처’와 ‘네이처 천문학’ 30일자에 논문 2편으로 발표했다.TDE는 은하 중심에 위치한 무거운 블랙홀이 그 주위를 지나던 별을 포획해 파괴하는 현상이다. 별이 블랙홀의 조석반지름보다 가까워지면 블랙홀의 조석력에 의해 별이 파괴돼 별 질량의 절반이 블랙홀로 서서히 빨려 들어간다. 이때 별의 잔해는 블랙홀 주위에 부착원반을 형성해 강한 섬광을 낸다. 여기서 나온 빛은 별의 잔해를 연료로 사용해 수개월 혹은 수년 동안 지속되면서 서서히 어두워진다.TDE 그 자체는 드문 현상은 아니다. 그러나 AT2022cmc 현상은 TDE 중에서도 빛에 가까운 속도로 물질을 분출하는 ‘상대론적 제트’를 형성했다는 점에서 극히 드문 것으로 평가된다. 논문 공동저자 마이클 코플린 미 미네소타대 천문학 조교수는 “이같은 상대론적 제트가 마지막으로 관측된 사례는 10년도 더 넘었다. 우리가 가진 데이터로는 이런 제트를 가진 TDE가 전체의 1%밖에 안될 만큼 매우 드물다”고 말했다. 그러면서 “이번 TDE의 섬광은 지금까지 관측된 것 중 가장 밝은 부류다. 태양 1조 개보다 더 밝은 빛을 발산했다”고 덧붙였다. 연구진은 AT2022cmc를 포함해 상대론적 제트가 관측된 TDE는 지금까지 4건밖에 안 된다고도 했다. 또 이같은 TDE는 블랙홀이 빠르게 회전하는 공통점을 보이고 있다는 점을 근거로 블랙홀의 급속한 회전이 상대론적 제트를 일으키는 한 가지 요소일 수 있다고 제시했다.해당 연구에 따르면, AT2022cmc 현상은 캘리포니아 팔로마 천문대의 광역 천체 관측장비인 ‘츠비키 순간포착 시설’(ZTF)을 통해 처음 포착됐다. 이어 유럽남방천문대의 초거대망원경(VLT)와 허블 우주망원경 등이 다양한 빛 파장으로 후속 관측을 이어갔다. 가시광과 적외선 파장으로 관측하는 ZTF가 감마선 폭발을 연상시키는 강력한 섬광을 포착한 후, VLT는 후속 관측을 통해 AT2022cmc가 85억 광년 밖 섬광이라는 사실을 밝혀냈다. 이는 TDE 중 가장 멀리서 포착된 것이다. 또 허블 망원경의 가시광 및 적외선 이미지와 칼 G. 잰스키 초대형배열(VLA)의 전파 관측을 통해 AT2022cmc 위치도 정확히 확인됐다. 하지만 AT2022cmc가 너무 밝아 중앙에 이를 품은 은하까지 관측하지는 못했다. 나중에 이 현상이 사라진 뒤 허블이나 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통해 은하에 관한 정보도 확인될 것이라고 연구진은 밝혔다. 연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 AT2022cmc가 태양과 비슷한 크기와 질량을 가진 별이 상대적으로 적은 질량을 가진 블랙홀에 파괴되면서 빚어졌을 가능성이 큰 것으로 추론했다. 다른 공동 저자인 대니얼 펄리 영국 리버풀 존 무어스대 연구원은 “지금까지 상대론적 제트를 가진 TDE는 고에너지를 가진 감마선과 X선 망원경을 통해 포착됐는데, 광학 관측으로 이를 찾아낸 것은 처음이다. 이번 관측이 여러 가지 면에서 새 기록을 쓰는 성과를 냈다”고 말했다.

블랙홀은 빛도 빠져나올 수 없는 강력한 중력을 지니고 있다. 그런 만큼 흡수하는 물질도 거의 없고 주변에 동반성도 없는 블랙홀을 관측하는 일은 불가능에 가깝다. 이름 그대로 우주의 검은 구멍이나 마찬가지이기 때문이다. 이런 블랙홀 가운데 과학자들이 특히 찾기 어려운 블랙홀이 바로 중간 질량 블랙홀이다. 일반적으로 블랙홀은 태양보다 훨씬 무거운 별이 초신성 폭발을 일으킨 후 남은 항성 질량 블랙홀과 은하계 중심부에 있는 거대 질량 블랙홀로 나뉜다. 전자의 질량이 태양의 5~100배 사이라면 후자는 태양의 수백만 배에서 수십억 배에 달한다. 중간 질량 블랙홀은 이 중간에 위치한 블랙홀로 태양의 수천 배에서 수십만 배에 달하는 질량을 지니고 있다. 과학자들은 우리은하보다 작은 왜소 은하 중심에 이런 중간 질량 블랙홀들이 숨어 있을 것으로 보고 있다. 문제는 물질이 많은 우리은하와 달리 왜소 은하는 물질의 양이 매우 적어 중심 블랙홀도 활동성이 낮다는 것이다. 블랙홀 자체는 빛이나 에너지를 방출하지 않지만 막대한 물질을 흡수하는 과정에서 강력한 에너지를 방출하면 먼 거리에서도 관측이 가능하다. 비교적 가까운 거리에 있는 항성 질량 블랙홀도 동반성에서 물질을 흡수하면 관측할 수 있다. 그러나 흡수하는 물질이 적은 중간 질량 블랙홀은 미지의 영역일 수밖에 없다. 코펜하겐 대학 닐스 보어 연구소 과학자들은 허블우주망원경과 켁 망원경 같은 지상 대형 천체 망원경 데이터를 분석해 우연한 기회에 지구에서 8억 5000만 광년 떨어진 중간 질량 블랙홀의 존재를 포착했다. 사실 이 정도 거리에서는 활발하게 에너지를 방출하는 대형 은하의 중심 블랙홀이 아니라면 관측이 쉽지 않다. 하지만 연구팀은 블랙홀 주변을 지나가던 운 없는 별 하나가 중력에 의해 흡수되는 장면을 포착했다. 중간 질량 블랙홀도 별보다 수천 배 이상 큰 질량을 갖고 있기 때문에 강력한 중력으로 지나가던 별을 잡아당길 수 있다. 이 경우 별은 스파게티 면발처럼 길게 늘어나 블랙홀에 흡수된다. TDE라고 불리는 블랙홀의 별 흡수 과정은 특징적인 형태를 지니고 있어 먼 거리에서도 관측할 수 있다. 왜소 은하 SDSS J152120.07+140410.5에서 포착된 이 TDE는 AT 2020neh로 명명됐다. (사진 참조) 연구팀은 이 방법으로 왜소 은하 중심부의 중간 질량 블랙홀을 지금보다 더 많이 관측할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 과학자들은 거대 질량 블랙홀이 왜소 은하를 흡수하는 과정에서 중간 질량 블랙홀들이 합체되면서 형성된 것일 가능성에 무게를 두고 있다. 이번 관측 결과와 관측 기술은 앞으로 이 가설을 검증하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 

태양에게 ‘잃어버린 형제별’이 있다? 대부분의 별은 단독으로 존재하지 않고, 두 개 이상 여러 개가 무리지어 존재하는 경우가 많다. 태양처럼 홀로 있는 별이 오히려 드문 편이다. 별들의 산란실이라 할 수 있는 성운이 대개 수백, 수천 개의 별들을 산란시킬 수 있는 엄청난 양의 물질을 가지고 있기 때문이다. 그런 분자구름이 맨 처음 중력으로 말미암아 수축을 시작할 때, 여러 곳에서 동시에 수축이 진행되어 결국 별 가족이 생겨난다. 따라서 그런 별들은 같은 지역에서 탄생해 함께 움직이지만, 결국 혼란스러운 상황에서 서로 다른 속도를 가지고 은하 전체로 흩어진다. 태양이 생성될 당시 함께 생겨난 수많은 별들이 성단(무리별)의 형태로 수백만 년 동안 존재해왔지만, 시간이 지남에 따라 별들이 폭발하거나 자리를 이동함으로써 태양의 짝별들은 종적을 감추었다. 우리 태양의 나이는 약 46억 살이다. 그 오랜 세월이 흐른 후에 형제를 찾는다는 것은 사막에서 바늘 찾기일 것이다. 그러나 집념을 가지고 태양의 형제별 찾기에 나선 천문학자들이 있다. 그들은 태양도 생성 당시에는 여러 개의 별들과 함께 태어났다고 보고, 은하수 곳곳에 흩어져 있는 태양 형제별들의 행방을 오랫동안 추적해왔다. 헤르쿨레스자리의 ‘HD 162826’ 항성 그 결과 현재 태양과 매우 유사한 ‘형제별’로 추정되는 별 하나가 발견되었는데, 헤르쿨레스자리의 ‘HD 162826’이라는 이름의 이 별이 그 주인공이다. 이 별은 태양에서 110광년 떨어진 곳에 있으며, 태양보다 15% 더 크지만 어두워서 맨눈으로는 보이지 않는다. 미국의 천문학자 바단 애디베키언은 2014년에 이 별이 지구와 같은 성분의 가스 구름에서부터 형성된 것으로 보여, 약 46억 년 전에 같은 항성 보육원에서 출현한 수천 명의 태양의 형제 중 하나일 가능성이 “거의 확실하다”고 발표했다. 이 결론은 그것이 바륨과 이트륨과 같은 희귀 원소를 포함하여 태양과 동일한 화학적 조성을 가지고 있으며, 그 궤도를 결정하고 은하 중심에 대한 공전을 반전시켜본 결과 확인되었다. 이 별이 아마도 가장 가까운 태양 형제일 것으로 연구자들이 추정하는 이유는 만약 태양의 형제별이 더 가까이 있었다면 먼저 확인되었을 것이기 때문이다. 연구자들은 이렇게 가까운 거리에 태양 형제별이 하나 있을 거라고는 예상하지 못했다. 천문학 용어로 ‘솔라 시블링'(solar sibling)이라고 불리는 태양 형제별 찾기에는 두 가지에 초점이 맞추어진다. 첫째는 태양과 나이가 같아야 한다는 점이고, 둘째는 태양과 화학적 성분이 같아야한다는 점이다. 별은 그것이 태어난 성운과 마찬가지로 거의 수소와 헬륨으로 이루어져 있지만, 약간의 다른 원소들도 포함하고 있는데, 그 비율이 성운마다 다르다. 따라서 같은 성운에서 태어난 별들은 서로 성분이 비슷하다.그런데 이런 두 가지 요건을 갖춘 HD 162826은 당시 태양과 함께 형성된 것으로 보이며, 천문학자들은 이것이 ‘오래 전 잃어버린 태양의 형제별’로 보고 흥분을 감추지 못하고 있다. 나이도 태양과 같을 뿐 아니라, 질량, 온도, 밝기, 크기가 거의 같아 숫제 태양의 쌍둥이별처럼 보이기까지 한다. HD 162826과 태양이 형성된 성단은 시간이 지남에 따라 별들이 넓게 흩어지게 하는 산개성단이었던 것으로 믿어진다. 이 성단의 별들은 형성되는 동안 행성 원반의 발달을 방해할 정도로 너무 빽빽하게 밀집되어 있지는 않았지만, 가까운 초신성에서 생성된 방사성 원소가 행성에 뿌려지는 것을 방지할 만큼 멀리 떨어져 있지는 않았다. ‘우리가 어디서 태어났는지 알고 싶다’ 한편, 천문학자들은 이 별에 외계 생명체가 거주할 만한 가능성을 찾기 위해 노력하고 있다. 태양의 형제들이 있는 영역은 생명체가 서식할 수 있는 외계행성을 수색하는 데 좋은 후보지가 될 수 있다. HD 162826에는 알려진 행성이 없다. 현재의 지식 상태는 뜨거운 목성 외에도 지구형 행성은 가능하다고 제안한다. 또한 생명체가 서식할 확률이 아주 낮더라도 0은 아닐 것으로 추정한다. 그러나 이러한 거주 가능성 요소를 확인하기 위해서는 이 별에 대한 더 많은 연구가 필요하다. 연구팀은 ‘태양의 형제별’의 세세한 화학물질을 분석하는 것이 다음 목표이며, 이를 통해 태양과 지구의 기원 및 외계 생명체를 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 연구를 이끈 텍사스 대학교의 이반 라미레스 수석 연구원은 태양 형제별을 찾는 것의 중요성을 다음과 같이 설명했다. “우리는 여전히 우리(지구 및 지구 생명체)가 어디서 왔는지 알지 못한다. 태양이 은하의 어느 부분에서 형성되었는지, 기원이 되는 환경을 찾아낼 수 있다면 초기 태양계의 조건을 제한할 수 있다. 그렇게 하면 우리가 왜 지금 여기에 있는지 이해하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.” 

미 항공우주국(NASA)이 운영하는 ‘오늘의 천체사진'(APOD) 18일자에 은하수에서 피어난 것 같은 거대한 오로라 꽃 사진이 게재되어 우주 마니아들의 눈길을 모으고 있다. 어안 렌즈로 잡은 은하수의 중심 부분에서 거대한 나팔꽃처럼 퍼져나간 오로라는 초록색을 주조로 한 다채로운 색깔을 자랑하며 하늘의 반을 가리며, 호수의 수면 위에도 아름다운 반영을 만들어내고 있다. 왼쪽에서 우리은하의 중심면은 지평선에서 하늘 중앙을 지나 뻗어 있다. 오른쪽에서 오로라 타원도 하늘의 중심에서 뻗어 있지만, 산소가 발생시키는 밝은 녹색이 지배적이다. 시각적으로는 마치 은하수에서 오로라가 뿜어져나온 것처럼 보이지만, 은하수와 오로라는 물리적으로 전혀 연결되어 있지 않다. 왜냐하면 오로라는 지구의 대기에서 발생하는 현상이기 때문이다.오로라는 우주에서 지구로 유입되는 하전 입자들이 고층대기의 기체들과 충돌하여 빛을 내는 현상이다. 지구 자기력선을 따라 대기로 낙하하는 하전 입자들이 대기 중 원자나 분자들과 충돌하면 이들이 들뜬 상태가 되는데, 이렇게 들뜬 기체들이 원래의 바닥 상태로 돌아가면서 빛을 방출하게 되는 것이다. 남반구와 북반구의 고위도 지방에서 주로 나타나며 각각 남극광 또는 북극광이라 부르기도 한다. 오로라의 가장 상층부에 나타나는 빨간색 부분은 고도가 약 1000㎞, 곧 300분의 1광초에 불과하지만, 우리은하에서 우리가 보는 별과 성운까지의 평균 거리는 1000광년 이상 떨어져 있다. 위의 이미지 합성은 10월 초 스웨덴 북부의 아비스코 국립공원에 있는 작은 호수가에서 촬영되었다. 태양의 자기장이 11년 주기의 태양극대기에 접어듦에 따라 앞으로 지구의 양쪽 극 근처에서 오로라가 더 자주 발생하게 될 것이다. 오로라 투어 시즌이 시작되고 있다. 

제임스 웹 우주 망원경은 허블 우주 망원경보다 훨씬 큰 6.5m 지름의 거대한 주경 (primary mirror, 망원경에서 빛을 첫 번째로 모이는 거울로 망원경의 크기를 비교하는 기준)을 갖고 있어 과거 허블 우주 망원경으로도 볼 수 없었던 먼 우주를 볼 수 있다. 하지만 그렇다고 해서 허블 우주 망원경의 역할이 끝난 건 아니다. 허블 우주 망원경은 2.4m 지름의 주경을 지닌 여전히 크고 강력한 우주 망원경으로 적외선 영역 관측에 최적화된 제임스 웹 우주 망원경이 보지 못하는 가시광선 및 자외선 영역 관측이 가능하다. 최근 나사가 스페이스 X와 함께 허블 우주 망원경의 수명 연장을 시도하는 것도 그 때문이다. 사실 허블 우주 망원경은 제임스 웹 우주 망원경 관측 영역 밖에서 여전히 팔팔한 현역임을 입증하고 있다. 콜로라도 대학의 다네쉬 크리쉬나라오 교수가 이끄는 연구팀 역시 허블 우주 망원경의 적외선 관측 능력을 이용해 우리 은하의 이웃 은하인 마젤란 은하의 비밀을 밝혀냈다. 대마젤란 은하와 소마젤란 은하는 우리 은하의 위성 은하로 적어도 수십 억년 이상 우리 은하 주위를 공전했다. 일반적인 위성 은하는 우리 은하의 강력한 중력에 가스를 빼앗겨 별 생성이 중단된다. 하지만 두 마젤란 은하는 여전히 활발하게 별이 생성되고 있다. 별은 결국 가스가 모여 형성된 것이기 때문에 아직 두 은하가 많은 가스를 지니고 있다는 이야기가 된다.  과학자들은 오랜 세월 두 마젤란 은하가 새로운 별을 만드는데 필요한 가스를 어떻게 아직 유지하고 있는지 연구했다. 가장 그럴듯한 가설은 은하 주변의 매우 희박한 가스인 은하 코로나가 보호막 같은 역할을 한다는 것이었다. 하지만 멀리 떨어져 있는 극도로 희박한 가스를 관측하기가 어려워 검증하기는 어려운 가설이었다.  연구팀은 마젤란 은하 방향에 있는 퀘이사 28개를 관측해 이 가설을 검증했다. 퀘이사는 우주 멀리 있는 매우 강력한 에너지를 방출하는 천체로 자외선 영역에서도 밝게 빛난다. 그런데 이 빛이 가스를 통과할 경우 자외선 영역 일부가 흡수되어 흐릿하게 보인다. 이는 마치 안개가 끼면 멀리 떨어진 건물과 도로가 흐릿하게 보이는 것을 보고 안개가 낀 것을 아는 것과 같은 원리다. (사진)  연구팀은 허블 우주 망원경과 FUSE 관측 위성 데이터를 통해서 은하 코로나의 존재와 분포를 확인했다. 예상대로 은하 코로나는 두 은하를 보호하고 있었다. 은하 코로나의 분포는 10만 광년에 걸쳐 퍼져 있었으며 은하 중심에 가까이 갈수록 짙어졌다.  하지만 이 보호막 역시 영원할 순 없다. 결국 우리 은하의 강한 중력이 모든 가스를 흡수하면 마젤란 은하의 가스가 사라지면서 결국 새로운 별의 생성이 거의 멈추게 될 것이다. 과학자들은 허블 우주 망원경의 적외선 관측 능력 덕분에 이 사실을 확인할 수 있었다. 허블 우주 망원경의 활약은 앞으로도 당분간 계속될 것이다.   

“우리는 어디에서 왔는가? 우리는 누구인가? 우리는 어디로 가는가?” 폴 고갱이 1898년 타이티섬에서 그린 작품에 붙인 제목이다. 그중 첫 번째 질문에 대해 우리는 분명한 답을 알고 있다. 우리는 모두 별의 자식들이다. 상징적인 의미에서가 아니라 과학적으로 볼 때 그렇다. 인체의 70%를 차지하는 물은 산소와 수소로 이뤄져 있다. 그다음으로 많은 단백질과 지방은 탄소, 산소, 수소, 질소, 황으로 구성된 화합물이다. 그 외에 철과 마그네슘, 나트륨, 칼슘, 칼륨, 인 등이 조금씩 들어 있다. 이들 원소의 기원은 우주에 있다. 수소는 138억년 전 우주를 탄생시킨 빅뱅으로부터 38만년 후쯤 생겼다. 이때 소량의 헬륨과 극미량의 리튬도 생겨났다. 이 수소 구름이 뭉쳐져 별이 되고 별의 중심에서 차례로 다른 원소를 만들어 내는 핵융합이 시작됐다. 그 결과 헬륨을 거쳐 산소와 탄소, 네온, 규소, 철 등이 생겼다. 이보다 무거운 금, 납, 우라늄은 매우 무거운 별이 마지막에 초신성을 이루며 폭발할 때 만들어졌다. 태양계는 약 45억 6000만년 전 이런 초신성의 잔해가 모인 성운(별구름)에서 태어났다. 주로 수소로 구성된 이 성운의 지름은 빛이 1년 동안 가는 거리, 즉 1광년에 이르렀을 것이다. 이 별구름 주위에서 또 초신성이 폭발해 그 충격파가 흩어져 있던 별구름을 흔들어 뭉쳐지게 만들었다. 그 결과 태양계 전체 질량의 99% 이상을 차지하는 태양과 그 주변을 도는 아주 작은 행성들이 생성됐다. 지구는 그중 안쪽에서 세 번째 궤도 주변에 있던 미행성들이 합쳐진 것이다. 우리 몸을 이루는 원소들도 그때 지구에 자리잡게 됐다. 우리 은하, 즉 은하수에 있는 별들에서 오는 빛을 조사한 결과 인체의 구성 성분과 별 내부의 성분은 97% 일치하는 것으로 나타났다. 2017년 미국 뉴멕시코주에 있는 천체망원경으로 15만개의 별을 분석해 발표한 결과에 따르면 그렇다. 인류가 떨치지 못하는 질문은 이것이다. 우리는 우주에서 혼자인가? 인류가 엄청난 비용을 들여 우주선과 망원경을 계속 만들고 쏘아 올리는 것은 우주에서 스스로의 위치를 알기 위한 탐구심 때문이다. 미국, 유럽, 캐나다가 100억 달러를 들여 지난 연말 발사한 최첨단 적외선 우주망원경인 ‘제임스 웹’의 주된 사명 중 하나이기도 하다. 지구에서 150만㎞ 떨어진 곳에 위치한 웹은 기존의 허블망원경보다 6배 크며 관측 능력은 100배 강력하다. 135억년이 넘는 과거의 빛, 다시 말해 빅뱅 후 1억~2억 5000만년 후의 빛까지 볼 수 있다. 초기 우주의 어둠 속에서 최초로 별과 은하가 만들어지는 모습을 볼 수 있다는 말이다. 아주 멀리 있는 물체는 가시광선 영역에서는 매우 희미하거나 보이지 않게 된다. 우리에게 도달하는 빛은 지금도 팽창 중인 우주 공간을 통과하는 동안 파장이 길어져 적외선으로 변했기 때문이다. 웹이 근적외선, 중적외선 관측용으로 설계된 이유다. 글 머리의 두 번째 질문으로 돌아가 보자. 우리는 누구인가? 지구 생태계 먹이사슬의 최상위를 차지하고 있는 종이다. 생물 역사상 여섯 번째의 대멸종을 일으키고 있다는 의심을 받고 있다. 지금을 ‘인류세(世)’라는 지질시대로 명명할 정도로 환경을 파괴하고 기후를 변화시키고 있는 종이다. 우리가 알아 두어야 할 사실은 지구가 우주에서 특별한 위치에 있지 않다는 점이다. 우주의 은하는 2000억개가 넘으며 그중 하나인 우리 은하에 있는 별은 4000억개가 넘는다. 우리는 은하 중심에서 3분의1 거리에 있는 노란색 난쟁이별의 세 번째 행성에 살고 있다. 이 행성은 “태양 빛을 받으며 떠 있는 먼지의 티끌”, 즉 “창백한 푸른 점”(칼 세이건)에 불과하다.

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.

미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA) 등이 2일 제임스웹 우주망원경(JWST)이 촬영한 동그란 바퀴를 닮은 ‘수레바퀴 은하’(Cartwheel Galaxy)의 모습을 공개한 가운데, 수레바퀴 은하를 포함한 주변 은하의 모습을 함께 담은 선명한 영상이 새롭게 공개됐다. 수레바퀴 은하는 약 5억 광년 밖 조각가 자리에 있으며, 지름은 15만 광년으로 우리 은하보다 50% 더 크다. 중앙과 외곽으로 두 개의 고리가 있는 ‘고리 은하’다. 과학자들은 거대한 나선 은하가 다른 은하와 고속으로 충돌한 뒤 구조와 형태가 바뀌며 수레바퀴 모양이 형성된 것으로 분석한다. 과거 허블 우주망원경 등 대형 망원경을 통해 수레바퀴 은하를 관측했으나 두꺼운 먼지에 가려 내부 구조는 밝혀내지 못했다. 그러나 전문가들은 이번 제임스웹 우주망원경이 포착인 이미지를 통해 수레바퀴 은하의 형태가 계속 바뀌는 과도기적 단계에 있다는 점을 다시 확인했다. 또 적외선으로 수레바퀴 은하의 먼지구름을 관통해 은하의 바깥 고리의 별 형성 영역과 안 고리 내의 어린 별 무리가 형성된 모습을 담아냈다.특히 유럽우주국(ESA)이 이번에 공개된 영상은 웹 망원경의 이미지 및 주변 은하의 데이터를 합성한 것으로, 1분 남짓의 짧은 영상이지만 수레바퀴 은하가 수십억 년에 걸쳐 어떻게 변해왔는지를 짐작해 볼 수 있다. ESA는 “이 수레바퀴 은하와 주변 은하의 이미지는 웹 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)와 중적외선장비(MIRI)의 합성물이다. 개별 이미지만으로는 보기 어려운 세부 사항을 보여준다”고 설명했다. 이번 사진 및 영상에 활용된 웹 망원경의 근적외선카메라는 가시광 관측 때보다 외곽 고리 등에서 더 많은 별을 포착했다. 중적외선장비는 은하의 뼈대 격인 나선형 바큇살을 형성하는 지역을 자세히 잡아냈다. 이번 수레바퀴 은하 영상에서 중적외선 촬영 이미지는 붉은색으로 표시돼 있다. 이는 우주의 먼지를 이루는 규산염뿐만 아니라 탄화수소 및 기타 화합물이 수레바퀴 은하 내에 풍부하다는 것을 의미한다.허블우주망원경과 웹 망원경을 운영하는 우주망원경과학연구소(STScI)는 “두 개의 고리가 ‘연못의 잔물결’처럼 은하 중심에서 바깥쪽으로 확장하고 있다”면서 “외부 고리가 팽창하면서 은하를 둘러싸고 있는 먼지와 가스를 바깥쪽으로 밀어내 별 형성을 촉발한다”고 밝혔다. 이어 “새로운 별이 탄생하는 영역은 이미지에서 작은 파란색 점으로 나타나며 특히 바깥 고리에 집중되어 있다”고 덧붙였다. 한편, 인류 역사상 가장 크고 강력한 성능을 가진 웹 망원경에는 약 100억 달러(한화 약 12조 원)이 투입됐다. 웹 망원경은 1990년부터 30년 넘게 우주 탐색 임무를 수행했던 ‘선배’격의 허블 우주망원경을 대체하기 위해 제작됐으며, 여기에는 미국 NASA 외에도 유럽우주국(ESA)와 캐나다우주국(CAS) 등 세계 각국이 협력했다.

거대한 두 은하의 충돌로 합병 초기의 모습을 보여주는 사진이 심연의 우주 속에서 포착됐다. 지난 9일(현지시간) 미국과학재단(NSF) 산하 국립광학적외천문학연구소(NOIRLab)는 하와이 마우나케아 산 정상에 있는 제미니 노스 망원경(Gemini North Telescope)으로 촬영한 일명 '나비 은하'의 사진을 공개했다. 나선 모양의 두 은하가 서로 춤사위를 벌이듯 보이는 이 사진은 각각 NGC 4567(사진 위)과 NGC 4568 은하의 모습을 담고있다. 지구로부터 약 6000만 광년 떨어진 두 은하는 현재 서로가 서로에게 접근하면서 충돌하고 있으며 앞으로 5억 년의 시간이 흐르면 타원형의 모습을 갖춘 하나의 타원은하(elliptical galaxy)로 재탄생할 것으로 예상된다.NOIRLab에 따르면 현재 두 은하는 서로의 중심을 기준으로 약 2만 광년 떨어져 있는데, 현재는 나선 팔이 충돌하는 과정을 겪고있다. 물론 이 과정을 통해 수많은 천체들이 파괴되고 탄생하며 팔 모양의 나선형 구조는 사라질 것으로 보인다. 전문가들이 두 은하에 관심을 갖는 이유 중 하나는 우리은하의 미래를 엿볼 수 있기 때문이다. 우리은하 역시 이웃한 안드로메다 은하와 시간당 40만㎞ 속도로 서로 가까워지고 있다. 결과적으로 약 50억 년 후면 두 은하가 충돌해 거대한 하나의 타원은하가 될 예정인데 천문학자들은 태어나지도 않은 이 은하에 ‘밀코메다‘(Milkomeda)라는 이름을 붙여놓았다.　 

최근 강력한 성능을 자랑하는 제임스 웹 우주망원경 때문에 관심이 시들어졌지만 허블우주망원경도 여전히 '노익장'을 과시하고 있다. 최근 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경이 촬영한 구상성단 'NGC 6638'의 모습을 공개해 관심을 끌고있다. 궁수자리에 위치한 NGC 6638은 수백 만개의 별들로 이루어진 곳으로 사진으로 보이듯 그 중심부 별들은 중력에 묶여 빽빽히 모여있다. 마치 '우주의 보석상자'를 연 듯한 모습으로 이번에 허블우주망원경은 NGC 6638의 '심장'을 포착했다. 이처럼 수많은 별들이 공처럼 둥글게 모여있는 것을 구상성단(球狀星團)이라 하는데 우리은하에만 적어도 150개 이상 있을 것으로 추정된다. NASA 측은 이 이미지를 얻기위해 허블우주망원경이 탑재된 최첨단 천문장비인 광시야 카메라(WFC3)와 첨단관측카메라(ACS)를 사용했다고 밝혔다.그간 우주 관측에 획을 그어온 허블우주망원경은 구상성단 연구에도 혁명을 일으켰다. 지상의 망원경으로는 지구 대기 왜곡으로 인해 구상성단 중심의 별을 명확하게 관측하는 것이 불가능하다. 그러나 500㎞ 이상의 상공을 도는 허블우주망원경은 대기의 간섭없어 어떤 종류의 별이 구상성단을 구성하는지, 어떻게 진화하는지, 중력의 역할은 어떻게 되는지 연구하는데 큰 도움을 줬다. NASA 측은 "향후 제임스 웹 우주망원경은 현재 먼지로 가려진 구상성단을 적외선 파장으로 관측할 것"이라면서 "이를 통해 갓 태어난 별과 새로 형성된 성단을 조사해 우주에 대한 새로운 통찰력을 얻게될 것"이라고 밝혔다. 　한편 인류 최초로 우주 공간에 보낸 허블우주망원경은 지난 1990년 4월 25일 NASA의 디스커버리호에 실려 힘차게 발사됐다. NASA와 ESA가 공동 개발한 허블우주망원경은 대기의 간섭없이 멀고 먼 우주를 관측하기 위해 제작됐다. 허블우주망원경의 지름은 2.4m, 무게 12.2t, 길이 13m로, 지금도 지상 500㎞ 안팎에서 97분 마다 지구를 돌며 먼 우주를 관측하고 있다. 

마치 ‘우주의 역사’를 이끄는듯한 수레바퀴 모양 천체가 제임스 웹 우주망원경(JWST·웹 망원경)에 의해 새로운 역사로 기록됐다. 지난 2일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 웹 망원경이 포착한 바퀴처럼 생긴 ‘수레바퀴 은하’(Cartwheel Galaxy)의 모습을 사진으로 공개했다. 수레바퀴 은하는 지구에서 5억 광년 떨어진 남반구 별자리인 조각가 자리에 위치해 있으며 지름은 15만 광년으로 우리은하보다 50% 더 크다. 특이한 모양만큼이나 흥미로운 은하지만 기존 가시광에 특화된 허블우주망원경으로는 먼지와 가스로 가려져 있는 은하의 안을 자세히 들여다볼 수 없었다. 그러나 최첨단인 웹 망원경은 적외선으로 수레바퀴 은하의 먼지 구름을 관통해 은하의 바깥 고리의 별 형성 영역과 안 고리 내의 어린 별 무리가 형성되고 있는 모습을 담아냈다.허블우주망원경과 웹 망원경을 운영하는 우주망원경과학연구소(STScI)는 "두 개의 고리가 '연못의 잔물결'처럼 은하 중심에서 바깥쪽으로 확장하고 있다"면서 "외부 고리가 팽창하면서 은하를 둘러싸고 있는 먼지와 가스를 바깥쪽으로 밀어내 별 형성을 촉발한다"고 밝혔다. 이어 "새로운 별이 탄생하는 영역은 이미지에서 작은 파란색 점으로 나타나며 특히 바깥 고리에 집중되어 있다"고 덧붙였다. 한편 수레바퀴 은하는 원래 우리은하와 비슷한 모습의 나선은하였다. 그러나 오래 전 작은 은하가 수레바퀴 은하와 충돌하며 관통했고 이로인해 이같은 모습으로 변했다는 것이 전문가들의 추측이다. 곧 호수에 돌을 던졌을 때 나타나는 파동이 우주에 그림처럼 새겨진 것이다.　 

우리은하 밖에서 ‘잠자는 블랙홀’이 처음 발견됐다. 성간물질을 적극 흡수하지 않는 휴면 상태의 블랙홀로, 빛이나 복사선을 방출하지 않아 찾기가 매우 어렵다. 18일(현지시간) 시넷 등에 따르면, 국제 천문학 연구팀은 우리은하와 인접한 위성은하인 대마젤란은하에서 휴면 블랙홀을 발견했다. 우리은하 밖에서 휴면 블랙홀이 발견된 사례는 이번이 처음이다.휴면 블랙홀은 질량이 태양의 최소 9배에 달하는 항성질량 블랙홀로, 태양 질량의 25배에 달하는 뜨겁고 푸른 별과 쌍성을 이룬다. VFTS 243으로 알려진 이 쌍성계에서 휴면 블랙홀은 동반성과 서로를 공전한다.VFTS 243 쌍성계는 지구에서 16만 광년 떨어진 황새치자리의 타란툴라 성운 안에 있다.연구팀은 유럽우주국(ESA) 초대형망원경(VLT)의 관측장비인 플레임스(FLAMES)로 수집한 6년간의 데이터를 사용해 휴면 블랙홀을 발견했다. 휴면 블랙홀은 주변 환경과 상호작용이 매우 적다. 따라서 이번 발견은 건초더미에서 바늘을 찾은 것으로 비유되고 있다. 연구 공동저자인 벨기에 루뱅가톨릭대의 파블러 마르샹 박사는 “휴면 블랙홀에 대해 거의 알지 못해 이번 발견이 믿기지 않았다”고 말했다. 연구팀은 또 휴면 블랙홀이 어떻게 죽어가는 별 중심에서 생성됐는지를 조명했다. VFTS 243 쌍성계를 탄생시킨 별은 강력한 초신성 폭발을 일으켰을 때 흔적을 남기지 않고 완전히 붕괴한 것으로 여겨진다. 연구 주저자인 암스테르담대학의 토머 셰나르 박사는 “이 완전 붕괴 시나리오에 대한 증거가 최근 나타나고 있으나 우리 연구는 의심할 여지 없이 가장 직접적인 증거 중 하나를 제시한다”면서 “우주 블랙홀 병합의 비밀을 밝히는 데 중대한 영향을 줄 것”이라고 말했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 네이처 천문학 최신호(7월 18일자)에 실렸다.

미 항공우주국(NASA)이 최근 제임스웹 우주망원경(JWST·웹 망원경)이 촬영한 첫번째 풀컬러 우주 이미지들을 공개한 가운데 예상치 못한 흥미로운 장면도 포착됐다. 지난 12일(현지시간) NASA는 전날 조 바이든 미국 대통령이 직접 공개한 SMACS 0723 은하단에 이어 용골자리 대성운과 남쪽 고리성운, 스테판 오중주 은하군 이미지를 차례차례 공개했다. 마치 그림처럼 감탄을 자아내는 이들 사진 중 흥미로운 장면은 남쪽 고리성운(NGC 3132)에 포착됐다. 거대한 성운 왼쪽 옆 상단을 보면 길고 희미해 보이는 선이 확인된다. 남쪽 고리성운과 더불어 다른 천체가 우연히 찍힌 것이지만 놀랍게도 그 주인공은 또다른 은하다. 인간의 머리로는 상상할 수 없는 곳에 위치한 이름 모를 은하가 우연히 사진에 잡힌 셈으로 웹 망원경의 성능이 얼마나 뛰어난 지 보여준다. NASA 천문학자인 칼 고든은 "처음 사진 속에서 길고 희미한 선을 보고 성운의 일부라 생각했다"면서 "자세히 확대해 보니 이는 은하의 옆모습이었다"고 설명했다. 실제 확대 사진을 보면 납작해 보이는 은하가 확인되는데 이는 우리의 시점 때문으로, 전체 구조적 특징은 알 수 없다.　상대적으로 지구와 가까운 2000광년 떨어진 돛자리에 있는 남쪽 고리성운은 대표적인 행성상 성운(행성 모양의 성운)으로 지름이 약 0.5광년에 달한다. 일반적으로 별은 종말 단계가 되면 중심부 수소가 소진되고 헬륨만 남아 수축된다. 이어 수축으로 생긴 열에너지로 바깥의 수소가 불붙기 시작하면서 적색거성으로 부풀어오른다. 이후 남은 가스는 행성상 성운이 되고 중심에 남은 잔해는 모여 지구만한 백색왜성을 이룬다. 곧 죽어가는 남쪽 고리성운의 최후의 모습이 이 사진에 담긴 셈이다. 한편 NASA는 이날 웹 망원경이 촬영한 남쪽 고리성운과 함께 용골자리 대성운, 스테판 오중주의 사진도 공개했다. 용골자리 대성운은 가스와 먼지 구름으로 이루어져 있으며 지구에서 남반구 별자리인 용골자리 방향으로 약 7600광년 떨어져 있다. 또한 스테판 오중주는 지구에서 약 2억 9000만 광년 밖 페가수스 자리에 있는 5개의 은하로 이루어진 소은하군이다.