우주 과학: 최초의 별이 나타나기 전 '우주의 새벽'

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이미지 캡션 과학자들은 수십 년 동안 최초의 별이 어떻게 생겼고 언제 형성됐는지에 대한 증거를 찾아왔다

올해 초, 천문학자들이 우주 최초의 별들이 방출한 전파를 감지했다.

어떻게 한 걸까? 무슨 의미인 걸까?

최초의 별은 어떻게 생겼나?

과학자들은 수십 년 동안 최초의 별이 어떻게 생겼고 언제 형성됐는지에 대한 증거를 찾아왔다.

이를 이해하려면 '우주의 새벽'이라고도 불리는 우주 탄생과 최초의 별 탄생 사이 시기를 살펴봐야 한다.

연구들을 종합해보면 우주의 새벽은 차가운 수소 가스로 뒤엎어 있었다.

이 수소 가스는 시간이 지나 중력에 의해 모여 높은 밀도를 형성했고, 밀도가 충분히 높아져 수소가 붕괴된 지점에서 첫 세대의 별들이 형성됐다.

이 첫 세대 별들은 폭발하며 온 우주에 삶의 씨앗을 뿌리고 사라졌다.

인간을 포함한 지구 역시 그 조각의 유산이다.

우리의 '조상님' 격인 그 조각들이 폭발하기 전에 어떤 모습이었을지 현대 과학 기술로는 아직 확인할 수 없다.

하지만 이들의 활동에 대한 간접적인 증거는 찾을 수 있다. 천문학자들은 간접적인 증거를 제공할 수 있다고 믿고 있다.

임무: 1420 메가헤르츠 주파수로 오는 전파를 검출해내라

첫 세대 별들은 이전에 없던 자외선을 방출했다.

자외선의 등장은 별들을 둘러싸고 있던 수소 가스 구름들의 상태를 변화시켰다.

먼저 수소 가스는 배경복사를 흡수하기 시작했다.

배경복사는 과거 뜨거웠던 우주로부터 온 전파로 수소 가스에 의해 1420메가헤르츠라는 아주 특정한 주파수에 흡수됐다.

따라서 연구진은 1420메가헤르츠라는 특정한 주파수로 오는 전파를 가진 수소를 검출해낸다면, 최초의 별들에 대한 간접적인 힌트를 얻을 수 있다고 봤다.

'탁자만한 라디오 분광계'

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이미지 캡션 연구진은 1420메가헤르츠라는 특정한 주파수로 오는 전파를 가진 수소를 검출해낸다면, 최초의 별들에 대한 간접적인 힌트를 얻을 수 있다고 봤다

연구팀은 전파를 검출해내기 위해 인공 전파가 적은 호주 외딴 지역 아웃백에 전파 망원경을 설치했다.

전파 망원경은 안테나를 이용해 천체로부터 오는 전파를 수집하는 장치다.

이 탁자만한 크기의 전파 망원경(라디오 분광계)이 우주의 초기 진화 기간에 존재했던 수소를 검출해낸다면, 최초의 별들이 언제 형성되었는지와 초기 별들의 기초적인 특성에 대한 힌트를 얻을 수 있을 것이었다.

연구진은 실험을 위해 실험 구역 주변에서 라디오 송신기를 사용하지 못하도록 규제했다.

이미 자연적 잡음이 신호보다 수천 배 밝아 어려운 상황에서 라디오 잡음까지 섞여서는 안 됐기 때문이다.

발견

미국 애리조나주립대 연구진은 이 마이크로분광계라고도 불리는 전파 망원경을 통해 마이크로파를 일일이 찾아왔다.

그리고 결국 올해 초, 빅뱅 이후 초기 우주의 별에서 나온 빛의 흔적을 신호를 통해 발견했다고 학술지 '네이처'에 발표했다.

이번 연구를 총괄한 미국 애리조나주립대 지구 및 우주탐사과 주드 보우만 교수는 BBC에 그들이 실수하지 않았는지 매우 꼼꼼히 살펴봐야 했다고 말했다.

"2015년 말에 처음으로 이 신호 데이터들을 받기 시작했어요. 그때부터 지금까지 몇 년간 다른 설명이 가능한 상황인지를 가늠하고 하나씩 가능성을 좁혀나갔죠."

"이번 발견은 우주 최초의 별에서부터 온 신호에 대한 증거를 제시하는 유례없는 발견이며, 이가 새로운 방법의 천체 물리학적 관측에 대한 길을 제시하는 하나의 이정표가 되었으면 합니다."

우주의 역사

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  • 138억 년 전, 우주 대폭발 '빅뱅(Big Bang)'
  • 뜨거웠던 우주 온도가 식고 중성자 수소 원자들이 생성
  • 첫 별이 등장하기 전 '어둠의 시기(Dark Ages)'
  • 수소와 헬륨이 중력에 의해 모여 별을 만들어냄. 주위 환경에 영향을 주는 최초의 별 탄생
  • 별이 수명을 다하고 폭파하며 무거운 원소들을 만들어 냄.
  • 우주 역사의 핵심 신기원인 '첫 번째 빛(First Light)' '우주의 르네상스' 시대 도래
  • 르네상스 시대가 5억 6천만 년 정도를 이어짐
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우주산업은 더는 정부 주도의 경쟁이 아니다. 민간 로켓회사들은 시장을 선점하기 위해 경쟁한다

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