제임스 웹 우주 망원경의 첫 전송 이미지: 초기 우주와 최초 은하계들의 신비를 보여주다

■ 역자 주: 2021년 12월 25일 허블 우주 망원경의 1백 배 성능을 보유한 제임스 웹 우주 망원경이 성공적으로 우주로 발사되었다. 6개월에 걸친 150만 킬로의 긴 장정과 오랜 기간 망원경을 펼치는 고난도의 작업 끝에 웹 망원경이 첫 번째 이미지를 보내왔다. 제임스 웹 우주 망원경은 한편으로 135억 년 전 빅뱅 직후 어둠을 종식하고 탄생한 개척자 개척자 별들(pioneer stars)들을 수십억 년 이전의 빛을 적외선을 통해 관찰하고 또 다른 한편으로 행성의 대기를 관찰하면서 생명체의 거주 가능성을 살피는 두 가지 임무를 수행한다. 이번에 공개된 웹의 첫 번째 이미지는 수십억 년 전 은하의 모습이다. 이 이미지 외에도 웹 망원경은 차례로 다른 초기 은하들의 이미지를 공개할 예정이다. 이 글은 NPR의 7월 11일 자 기사 NASA's James Webb telescope reveals the universe as we've never seen it before의 번역으로 6개월의 여정 끝에 제임스 웹 우주 망원경이 보내온 첫 번째 사진의 의미와 제임스 웹이 우주 연구에서 보여줄 수 있는 거대한 잠재력에 대해 설명하고 있다.

나사의 제임스 웹 망원경은 우리가 전에 본 적이 없는 우주를 보여준다

백악관은 월요일 프리뷰 행사에서 제임스 웹 우주 망원경의 사진 컬렉션의 첫 번째 이미지를 공개했다. 사진: Space Telescope Science Institute/NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO

언뜻 보기에, 나사의 새로운 제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)의 첫 번째 이미지는 그다지 놀랍지 않아 보일지도 모른다.

그러나 실제로는 우주의 작은 점처럼 보이는 것이 실제로는 수십억 년 된 은하이다.

빌 넬슨(Bill Nelson) 미 항공우주국(NASA) 국장은 월요일 이 사진에 대해 "만약 여러분이 손가락 끝에 모래알을 팔을 뻗으면 닿는 거리에 가지고 있다면, 그것은 여러분이 보고 있는 단지 우주의 작은 점 하나일 뿐인 우주의 일부분입니다."라고 말했다.

게다가 이 사진에서 포착한 것은 우주에서 가장 먼저 형성된 은하의 일부이다. 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 더 많은 사진을 통해 멀리 떨어진 곳에 있는 어떤 은하들이 거주할 수 있는지를 밝혀낼 수 있을 것이라고 넬슨은 말했다.

백악관은 NASA와 함께 6개월여 전에 지구에서 발사된 이후 망원경으로 찍은 일련의 사진 중 첫 번째 사진을 공개했다.

바이든 대통령은 월요일 발표를 "역사적인 날"이라고 불렀다.

NASA는 최초의 과학적 결과 수집의 일환으로 오늘 이 사진을 공개할 계획이었지만, 이미지가 너무 극적이어서 바이든이 이 사진을 세상에 공개해야 한다고 결정했다.

100억 달러 규모의 제임스 웹 우주 망원경은 지금까지 발사된 가장 정교한 천문대이다. 이 망원경은 지난 12월 지구를 떠났다. 1월 말, 그것은 행성에서 100만 마일 떨어진 천체 주차장에 도착했다. 그 이후로, 엔지니어들은 거울을 정렬하고 망원경이 제대로 작동하도록 식히면서 기기가 제대로 작동하도록 했다.

망원경의 운영 프로젝트 과학자인 제인 리그비(Jane Rigby)는 "웹은 빅뱅 이후에 형성된 1세대 은하를 찾기 위해 만들어졌습니다."라고 말했다. "그것은 웹이 하기 위해 만들어진 핵심 과학 목표입니다."

망원경을 상용으로 개방한다고 선언하기 전에 미션의 관리자는 조기 릴리스 관측 결과(early release observations)이라고 부르는 것을 하고 싶었다. 이것은 망원경이 작동한다는 것을 보여주기 위한 것이며 리그비가 말했듯이 "눈이 부시도록 아름답고 시각적으로나 과학적으로 강력합니다."

제임스 웹 우주 망원경(여기에서 지구에서 테스트됨)은 이제까지 본 우주의 가장 장엄한 모습을 보여줄 것으로 예상된다. 사진: Chris Gunn/Northrop Grumman, NASA

NASA는 지금까지 본 것 중 가장 초기 은하를 담고 있는 이미지 외에도 별이 형성되어 있는 용골자리 성운(Carina Nebula), 남쪽고리성운(Southern Ring Nebula), 1787년에 발견된 스테판 5중주(Stephan's Quintet)라고 불리는 은하 그룹의 이미지도 공개할 예정이다. 또한 WASP-96b라는 이름으로 태양계 외부를 공전하는 거대한 행성에서 오는 빛에 대한 분석도 있을 것이다. 추가 이미지는 화요일 아침에 나올 것으로 예상된다.

시초를 돌아보다

웹은 인간의 눈으로 볼 수 있는 것보다 더 긴 파장의 적외선을 수집하고 분석하도록 설계되었다. 그것은 적외선에 나타나는 가장 초기의 은하로부터 빛을 포착할 수 있게 할 것이다.

초기 은하는 130억 광년 이상 멀리 떨어져 있으며 웹 망원경만큼 강력해도  희미한 얼룩처럼 보일 수 있다. 그러나 그 얼룩은 천문학자들이 우리가 알고 있는 우주가 어떻게 생겨났는지에 대해 더 많이 이해하는 데 도움이 될 것이다.

제임스 웹 우주 망원경의 초기 목표물 중 하나는 SMACS 0723으로 알려진 먼 은하단이다. 이 은하들의 중력장은 우주 렌즈로 작용하여 망원경이 우주의 훨씬 더 멀고 오래된 부분을 볼 수 있게 한다. 사진: STSci

가장 초기의 은하에 대한 탐색을 수행할 천문학자 중 한 사람은 오스틴에 있는 텍사스 대학의 천문학자인 케이틀린 케이시(Caitlin Casey)이다.

그녀는 이 희미한 은하를 찾는 한 가지 방법은 망원경을 100시간 혹은 그 이상 동안 같은 하늘 지점으로 향하게 하고, 멀리 있는 물체에서 나오는 빛이 흘러 들어오게 하는 것이라고 말한다. 허블 우주 망원경은 소위 딥 필드(deep field) 접근법이 이전에 보이지 않았던 많은 은하들을 식별할 수 있다는 것을 보여주었다.

그러나 허블이 딥 필드에서 10,000개의 은하를 볼 수 있었던 곳에서 웹과 함께 "우리는 백만 개의 은하를 갖게 될 것입니다"라고 케이시는 말한다.

새로운 은하계를 찾는 것 외에도 케이시는 우주의 큰 구조를 이해하고 싶어 한다. 한발 물러서서 조감도(birds eye view)를 얻을 수 있다면 우주는 어떤 모습일지 알 수 있다.

"만약 여러분이 멀리 줌아웃을 한다면, 전체 우주는 작은 필라멘트나 공극과 같은 스펀지의 내부처럼 보입니다"라고 케이시는 말한다. "그래서 우리가 정말 포착하고 싶은 것은 그 구조입니다."

더 많은 볼거리

하지만 그것은 시작일 뿐이다. 웹이 사용할 수 있는 과학의 폭은 어마어마하다. 예를 들어, 애리조나 대학의 나사 세이건(NASA Sagan) 박사 후 연구원인 메건 맨스필드(Megan Mansfield)는 웹을 사용하여 우리 태양계 외부의 별을 도는 행성의 대기를 연구할 예정이다.

특히, 그녀는 "그들이 무엇으로 만들어졌는지, 온도는 얼마인지"와 같이 그들의 대기에 대해 알고 싶어 한다. 그것은 그녀에게 행성 자체와 그것이 생명을 유지할 수 있는지 여부에 대해 많은 것을 말해 줄 것이다.

머세드(Merced) 캘리포니아 대학의 애나 니어렌버그(Anna Nierenberg)는 새로운 망원경을 사용하여 우주의 4분의 1을 구성하는 보이지 않는 물질인 암흑 물질의 근본적인 본질을 이해하기 위해 이 새로운 망원경을 사용하는 영리한 방법을 만든 팀을 이끌고 있다. "다른 도구로는 할 수 없습니다."라고 그녀는 말한다. ""만약 모든 것이 성공한다면, 그것은 중대 사건이 될 것입니다."

그리고 새로운 능력을 가진 다른 과학 기구들과 마찬가지로, 웹 망원경이 우리가 살고 있는 우주에 대해 어떤 비밀을 밝힐지는 아무도 모른다.

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제임스 웹 우주 망원경 발사와 임무: 우주 탄생의 비밀과 생명체 거주 가능 행성 탐구