제임스 웹, 120억 년 전 은하 그룹 1678개 포착

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• 제임스 웹, 가장 방대한 은하 샘플 관측···코스믹 웹 기원 추적

하늘에 떠 있는 은하들은 사실 고립된 존재가 아니다. 중력으로 서로 얽혀 집단을 이루고, 이 집단들이 다시 실처럼 연결돼 우주 전체에 거대한 구조망을 형성한다. 이를 ‘코스믹 웹’이라 부른다. 하지만 이 복잡한 골격이 언제, 어떻게 만들어졌는지는 오랫동안 풀리지 않은 수수께끼였다.

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이번에 국제 연구진은 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통해 약 120억 년 전의 우주를 관측하고, 총 1,678개의 은하 그룹을 포착했다. 지금껏 확보된 가장 방대한 자료다. 단일 은하가 아닌 은하의 무리 전체를 시간 축 위에서 포착함으로써, 우주 구조의 기원을 탐색할 단서를 처음으로 확보한 셈이다.

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은하 그룹, 우주 구조의 기본 단위

은하는 고립된 섬이 아니다. 대부분은 수 개에서 수십 개씩 모여 은하 그룹을 이루며, 이들이 다시 필라멘트 구조로 연결돼 ‘코스믹 웹’을 형성한다. 이 거대한 구조망은 우주 전체를 관통하며, 물질의 분포와 중력의 흐름을 지배한다.

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JWST는 COSMOS Web 구역에서 지금까지 관측된 것 중 가장 많은 1,678개의 은하 그룹을 포착했다. 이들 중 상당수는 약 120억 년 전 형성된 원시 은하 집단으로, 기존 망원경으로는 감지조차 어려웠던 수준의 희미한 빛을 발산한다. 인간 눈으로는 10억 배나 어두운 이 은하들을 통해, 우주 초기 구조 형성 과정을 직접 추적할 수 있게 됐다.

 

은하 그룹 내부는 단순한 은하 집합이 아니다. 암흑물질, 초대질량 블랙홀, 고온 플라스마가 복합적으로 얽혀 있으며, 이들의 상호작용은 은하의 질량 성장, 별 생성 속도, 가스 순환 등에 직접 영향을 미친다. 그룹 단위 관측은 단일 은하 수준을 넘어, 은하 진화의 외부 요인까지 통합적으로 이해할 수 있는 관문이다.

 

 

 

그룹 15는 약 15억 광년 떨어진 곳에 위치한 가까운 은하 그룹으로, 현재 우주에서 관측되는 성숙한 형태의 은하 집단을 보여준다. 이 이미지는 우주 연대 기준으로 약 123억 년이 흐른 시점의 모습을 담고 있다.

[사진=ESA/Webb, NASA & CSA, G. Gozaliasl, A. Koekemoer, M. Franco, K. Virolainen]

 

 

우주의 시간 축에서 본 은하 진화

관측된 은하들은 우주 팽창의 역사 속에서 서로 다른 시점에 존재한다. 초기 우주의 은하는 별 생성이 활발하고 구조가 불규칙하다. 하지만 시간이 지남에 따라 별 생성은 억제되고, 은하는 나선형이나 타원형 같은 대칭적인 구조로 안정된다. 우리가 익숙한 은하의 형태는 바로 이와 같은 장기적인 변화의 결과다.

 

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특히 은하 그룹의 중심에는 다른 은하들과의 반복적인 병합을 통해 성장한 거대 중심 은하(BGG)가 자리한다. 이는 작은 구조가 점차 합쳐져 큰 구조를 형성한다는 ‘하이라키적 구조 형성 이론’을 지지하는 관측이다. JWST는 이 병합 과정을 시간 순으로 추적할 수 있는 해상도와 민감도를 갖춰, 은하 진화의 실시간 기록을 제공했다.

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또한, 초대질량 블랙홀의 활동도 은하 환경에 중요한 영향을 미친다. 블랙홀에서 방출되는 고에너지 제트와 복사압은 주변 가스를 가열하거나 밀어내며, 그 결과 별이 새로 형성되는 조건을 바꾼다. 이 피드백 메커니즘은 은하 내부뿐 아니라, 은하 그룹 전체의 가스 상태와 중력 균형에도 관여한다.

 

 

 

제임스 웹 우주망원경.

 

 

이번 관측은 은하 하나의 내부 진화에 국한되지 않는다. 은하들이 어떻게 모여 집단을 형성하고, 그 집단 내 상호작용 속에서 어떻게 구조적으로 변화해 왔는지를 통합적으로 보여준다. 제임스 웹 우주망원경은 그러한 과정을 시간 축 위에서 관측할 수 있는 최초의 장비로, 코스믹 웹의 기원을 탐색하는 데 핵심적인 역할을 한다.

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은하 그룹은 단순한 은하 집합이 아니라, 우주의 구조가 형성되고 진화한 과정을 기록한 ‘천체 연대기’다. 이번에 확보된 방대한 샘플은 은하 집단의 집합적 변화를 계량적으로 분석할 수 있는 출발점이며, 향후 이어질 관측은 우주의 역사와 구조를 더욱 선명하게 복원하는 데 기여하게 될 것이다.

 

 

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