빅뱅 후 7억년밖에 지나지 않은 130억년 전 우주에서 새 별의 형성이 멈춘 '죽은' 은하가 제임스 웹 우주 망원경(JWST)에 포착됐다. 이는 관측 사상 가장 오래된 죽은 은하로 우주 진화를 설명하는 기존 모델에 의문을 던지는 것으로 평가된다.

7일 영국 케임브리지대 카블리 우주론 연구소 토비아스 루저 박사가 이끄는 국제연구팀은 과학 저널 네이처(Nature)에서 제임스 웹 우주망원경의 첨단 심층 외은하 조사(JADES) 프로그램 관측 데이터를 분석해 130억년 전에 갑자기 새로운 별 형성이 멈춘 은하를 발견했다고 밝혔다.

전에도 초기 우주에서 죽은 은하가 관측된 적이 있지만 이 은하는 빅뱅 이후 불과 7억 년이 지난 시점의 것으로 제임스 웹 우주망원경이 포착한 가장 먼 은하 중 하나라고 연구팀은 설명했다.

▲ 첨단 심층 외은하 조사(JADES) 프로그램에서 포착된 130억년 전 우주의 '죽은' 은하.(JADES-GS-z7-01-QU).

이어 이 발견은 기존 은하 진화에 대한 이론과는 맞지 않는 것으로 천문학자들이 은하가 새 별 형성을 어떻게 왜 멈추는지, 별 형성에 영향을 미치는 요인이 수십억 년에 걸쳐 변화했는지 이해하는 데 중요한 역할을 할 것이라고 말했다.

관측 데이터 분석 결과 이 은하는 3천만~9천만 년에 걸쳐 짧고 강렬하게 새로운 별들을 형성한 뒤 관측 시점으로부터 1천만~2천만년 전 별 형성이 갑자기 멈춘 것으로 추정된다.

연구팀은 이 은하는 우리은하의 이웃 왜소은하인 소마젤란은하(SMC)와 질량이 비슷한 수준으로 지금까지 관측된 초기 우주의 다른 소멸 은하들보다 훨씬 작다며 제임스 웹 우주망원경의 뛰어난 성능 덕분에 관측과 분석이 가능했다고 밝혔다.

이 은하는 빠르게 살다가 일찍 죽은 것으로 추정된다. 연구팀은 이처럼 별 형성이 빠르게 일어나고 멈추는 것은 우주 진화 초기에는 예상치 못한 일이라며 이 은하의 '멈춤' 상태가 일시적인지 영구적인지, 그 원인은 무엇인지는 불분명하다고 말했다.

루저 박사는 "우주의 처음 수억 년은 매우 활동적인 시기로 많은 가스 구름이 붕괴해 새로운 별을 형성했고 모든 것이 더 빠르고 극적으로 일어난 것 같다"며 "여기에는 별이 형성되는 단계부터 휴면 또는 소멸 단계로 변하는 은하들도 포함될 수 있다"고 말했다.

천문학자들은 초거대 블랙홀이나 별 진화 과정 내부 요인으로 가스가 은하 밖으로 밀려나는 것과 같은 여러 요인으로 별 형성이 느려지거나 중단될 수 있다고 보고 있다.

하지만 공동 저자인 카블리 우주론 연구소 프란체스코 디유제니오 박사는 "별 형성이 멈춘 이유가 블랙홀 때문이든 다른 원인에서든 우주 후반부에서야 관측되기 시작한다"며 초기 우주 은하에 죽은 은하가 존재하는 이유를 밝히기 위해 이 은하와 유사한 다른 은하를 찾고 있다"고 말했다.

공동 저자인 케임브리지대 로베르토 마이올리노 교수는 "지금까지 초기 우주를 이해하기 위해 현대 우주를 기반으로 한 모델을 사용했지만 이제 훨씬 더 먼 과거의 초기 우주에서 별 형성이 빠르게 멈춘 은하까지 관측할 수 있게 됐다"며 "이 발견으로 현대 우주를 기반의 기존 모델을 재검토해야 할 수도 있다"고 말했다.

◆ 출처 : Nature, Tobias J. Looser et al., 'A recently quenched galaxy 700 million years after the Big Bang.', https://www.nature.com/articles/s41586-024-07227-0

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