[과학 이야기] 우주 초기 '고대' 은하 확인…"130억년 전에 열려"

약 130억년 전 우주 형성 초기에 생긴 '고대' 은하들이 우리 은하 바로 옆에 있는 것으로 밝혀졌다.

Phys.com 등 과학전문 매체와 BBC방송에 따르면 영국 더럼대학 컴퓨터 우주 연구소(ICC)의 카를로스 프렌크 교수가 이끄는 연구팀은 우리 은하 주변을 도는 작은 위성 은하들이 우주 형성 초기에 생긴 은하라는 증거를 발견했다고 '천체물리학 저널(Astrophysical Journal)' 최신호에 밝혔다.

연구팀은 이번 발견이 130억년 전 우주의 창을 여는 것이라고 자평했다. 프렌크 교수는 "우리 은하 뒷마당에서 우주를 형성한 바로 그 첫 무리의 은하 중 일부를 발견한 것은 지구에 살았던 첫 인간의 유해를 발견한 것과 같은 것으로, 매우 흥미롭다"고 했다.

연구팀이 우리 은하와 안드로메다은하 주위를 도는 작은 은하들의 '광도함수(luminosity function)'에 주목했다. 은하는 기원과 진화에 따라 절대등급 항성의 분포가 다른데 광도함수는 그 분포를 나타내는 것이다. 연구팀이 광도함수에 따라 이 은하들을 분류한 결과, 뚜렷하게 두 부류로 나뉘었다. 희미한 빛을 가진 첫 번째 무리의 은하는 우주 생성 대폭발(빅뱅) 이후 약 38만년이 지난 뒤 시작된 '암흑시대'에 형성되고, 이보다 더 밝은 빛을 내는 은하들로 구성된 두 번째 무리는 수억년 뒤에 형성된 것으로 추정됐다.

우주 암흑시대는 냉각기로, 우주의 첫 원자인 수소 형성과 연관돼 있다. 수소 원자가 모여 가스 구름이 되고 점차 냉각되면서 빅뱅 때 만들어진 암흑물질의 작은 덩어리와 결합해 궁극에는 별을 만들었다. 이렇게 첫 무리의 은하들이 형성되면서 1억년가량 지속한 암흑시대도 끝나게 됐다.

연구팀에 따르면 첫 무리의 은하들은 우주가 아직 암흑시대에 갇힌 상태에서 강력한 자외선을 내뿜어 쉽게 관측됐다. 이들 은하가 방출한 자외선은 원자에서 전자를 분리하는 이온화 작용으로 우주에 남아있는 수소 원자를 파괴하고, 이로 인해 수소의 냉각이 어려워지면서 더는 별을 만들지 못하고 수십억년간 은하 형성도 중단됐다.