웹 망원경이 우주의 기원을 엿볼 수 있게 하는 이유

[서울=뉴시스] 강영진 기자 = 제임스 웹 우주망원경이 보내온 심우주의 영상이 많은 사람들의 경탄을 자아내고 있다. 미국 뉴욕타임스(NYT)는 12일(현지시간) 심우주를 들여다보면 우주의 기원도 알 수 있다며 그 원리를 설명했다.

빛의 속도는 초속 약 30만km다. 1년에 10조km를 가는 속도다. 이것을 1광년이라고 부른다. 광년은 우주의 거리를 측정하는 단위로 사용된다. 여기에 멀리보면 과거도 볼 수 있는 비결이 담겨 있다.

10광년 떨어진 별이 있다고 하자. 이는 우리가 보는 그 별의 빛이 10년전에 별에서 뿜어져 나온 것이라는 뜻이다. 태양의 빛은 지구에 도달하는데 8분 정도가 걸린다.

웹 망원경이 포착할 수 있는 빛 입자 중 가장 멀리서 온 것은 최대 130억년 거리에서 온 것이다. 우주를 130억년 동안 여행한 끝에 웹 망원경에 도착했다는 뜻이다. 그러나 12일 공개된 웹 망원경의 심우주 사진은 모두 10억광년 이내의 거리에 있는 우주의 모습이다.

최초의 별이 언제 태어났나, 성운에서 최초의 은하수 성단이 태어난 시기는, 현재의 우주에 퍼져 있는 은하수와 최초의 별 및 은하수는 어떻게 다를까 등등에 대해 우리는 전혀 알지 못한다. 우주 역사의 공백기라고 할 수 있다.

우주가 빅 뱅에서 시작됐다는 건 안다. 대폭발로 생긴 초단파 배경소음이 1964년 처음 발견됐고 이후 수십년 동안 연구가 이뤄졌다. 우주가 식으면서 물질이 합쳐지기 시작했고 최초의 별이 빅뱅 뒤 1억년만에 형성된 것으로 생각된다.

초기의 별들은 지금과 매우 달랐을 것이다. 빅뱅으로 만들어진 물질은 수소와 헬륨, 극소량의 리튬과 베릴륨 뿐이기 때문이다. 더 무거운 탄소, 실리콘, 철 등의 모든 기타 원소들은 존재하지 않았다. 초기 별들은 무거운 원소들이 없어서 크기가 매우 컸고 밝게 불탔으며 생성된 지 얼마 안돼 초신성 폭발을 일으켜 물질을 흩뿌리며 소멸했고 이 물질들이 뒤에 혹성을 형성했으며 우리와 같은 생물도 만들어졌다고 보는 천체물리학자들이 있다.

웹 망원경은 이 시기에 벌어진 일들을 포착해 분석할 수 있는 최초의 우주망원경이 될 가능성이 있다.

웹 망원경의 거울은 허블망원경보다 훨씬 커서 더 많은 빛을 모을 수 있다. 또 파장이 매우 긴 빛도 포착할 수 있다. 허블망원경은 가시광선과 자외선만 포착할 수 있다.

초기 우주는 적외선을 포착할 수 있어야 관찰할 수 있다. 도플러효과 때문이다. 경찰차가 빠르게 지나칠 때 사이렌소리가 차보다 늦게 들리는 것과 같은 효과다. 빛도 마찬가지다. 우리를 향해 빠르게 다가오는 물체는 파랗게 보이며 멀어지는 물체는 붉게 보인다. 멀어지는 물체가 발하는 빛 입자의 파장이 길어지기 때문이다. 초기의 별과 은하수들처럼 아주 멀리 있는 물체의 빛은 대부분 적외선인 이유다.

지구상에 있는 망원경으로는 적외선 관측이 불가능하다. 대기가 적외선 파장을 차단하기 때문이다. 또 적외선은 열에 의해 쉽게 왜곡된다. 웹 망원경을 지구에서 수백만 km 떨어진 곳에 설치하고 태양빛을 가리는 초대형 방패를 둔 것도 이 때문이다. 웹 망원경에 설치돼 있는 중적외선장비(MIRI)는 영하 266도에서 작동하도록 돼 있다.


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