3'00"읽기
- 먼 은하와 별의 광 스펙트럼은 UV 또는 광학 범위에서 더 긴 파장의 적외선으로 이동
- Webb 망원경이 대형 거울과 광학 기기로 이미지를 촬영할 수 있는 것은 바로 이 범위
- 중심별에서 과도하게 방출되는 빛을 차단하는 근적외선 분광기 탑재
- 이를 통해 행성의 훨씬 약한 빛을 포착하고 분석할 수 있다.

최초의 별로 시선을 돌린다.
망원경의 과학적 목표

James Webb Telescope가 주로 적외선에서 작동하는 이유는 임무의 과학적 목표와 밀접한 관련이 있다. JWST의 임무 중 하나는 허블보다 우주의 과거를 훨씬 더 거슬러 올라가 최초의 은하가 형성된 시간으로 되돌아가는 것이기 때문이다. 텍사스 대학의 스티븐 핀켈스타인(Steven Finkelstein)은 "웹을 사용해 처음으로 빅뱅 직후부터 은하를 탐험하고 싶다"고 설명한다. "지금까지 이것은 다른 어떤 망원경으로도 불가능했다.” 

▲ 제임스 웹 망원경은 최초의 별과 은하가 생성된 재이온화 시대를 되돌아볼 것이다. © NASA / ESA, Jouce Kang(STScI)

그 이유:
우주는 빅뱅 이후 계속 팽창해 왔으며, 이것은 또한 수십억 년 동안 우리에게 오고 있던 방사선의 팽창으로 이어졌다. 결과적으로 먼 은하와 별의 광 스펙트럼은 UV 또는 광학 범위에서 더 긴 파장의 적외선으로 이동한다. Webb 망원경이 대형 거울과 광학 기기로 이미지를 촬영할 수 있는 것은 바로 이 범위다.

맨 위로

현재까지 알려진 가장 오래된 은하는 빅뱅 이후 5억 년이 조금 넘는다.
그러나 최초 은하의 형성이 언제 시작됐는지는 여전히 불분명하다.

"일부 모델은 우리가 허블의 범위 이전부터 최소 50개의 은하를 찾아야 한다고 말하고, 다른 모델은 소수에 불과할 것이라고 예측한다"고 Finkelstein은 말했다. Webb 망원경은 최초의 별과 은하가 형성된 시기와 그 모습을 처음으로 보여준다. 이것은 일부 퀘이사와 은하가 어떻게 이 초기에 엄청나게 거대해질 수 있는지를 명확히 할 수 있다.

또한, 새로운 우주 망원경은 높은 광 출력과 선명한 광학 기능 덕분에 멀리 있는 별과 은하를 촬영할 수 있을 뿐만 아니라 고해상도로 광 스펙트럼을 분해할 수 있다. 이것은 중적외선 및 근적외선에서 작동하는 MIRI 및 NIRSpec의 두 분광기에서 이루어진다.

▲ 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 중적외선 기기(MIRI). 광학 모듈. 공동 MIRI 유럽 컨소시엄 및 JET 추진 연구소 프로젝트. 규모: 1:3 . RAS NAM 2012에서 찍은 사진. Photograph by Mike Peel (www.mikepeel.net). CC-BY-SA-4.0.

후자는 거의 25만 개의 미세 조리개를 가지고 있어 특정 이미지 섹션에서만 방사선을 받아들일 수 있다. 애리조나에 있는 국립 광 적외선 천문연구소의 마크 디킨슨(Mark Dickinson)은 "우리는 초기 은하 수백 개의 스펙트럼을 처음으로 조사하기 위해 이 분광기의 미세 구멍을 열었다"고 말했다.

별 요람, 은하 및 암흑 물질
 
적외선을 들여다보면 또 다른 이점이 있다.
우주의 많은 과정이 빽빽한 먼지구름으로 둘러싸여 있다는 것이다. 예를 들어 이런 먼지구름을 통해 새로운 별과 행성의 형성은 가시광선에서 볼 수 없으며 먼지는 시야를 가린다.

반면에 더 긴 파장의 적외선은 이러한 구름을 관통한다. 따라서 JWST는 처음으로 별 형성의 가장 초기 단계를 밝힐 수 있고 궁극적으로 우리 태양계의 선사 시대도 밝힐 수 있다.

또 다른 임무 영역은 우리 은하수 바로 근처에 있는 일부 은하를 면밀하게 관찰하는 것이다. 이 왜소은하의 대부분은 매우 희미하여 일반 망원경으로 자세히 관찰하기 어렵다.
그러나 Webb 망원경의 ‘날카로운 눈’은 이러한 은하와 별의 움직임을 정확하게 매핑할 수 있다.
이것은 그러한 은하들이 서로 어떻게 상호 작용하는지, 그리고 그들의 합병이 어떻게 더 큰 별 무리가 되는지를 밝힐 수 있다.

천문학자들은 관찰을 통해 암흑 물질의 분포와 은하 형성에 대한 암흑 물질의 역할에 대해 더 많이 알 수 있다. 볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소(Space Telescope Science Institute, STScI)의 Roeland van der Marel은 "우주에서 구조가 어떻게 형성되는지는 암흑 물질의 속성에 따라 달라진다"고 설명했다. JWST는 이에 대한 추가 정보를 제공해야 한다. 아마도 이것은 일부 왜소은하가 암흑 물질을 거의 포함하지 않는 것처럼 보이는 이유를 명확히 해줄 것이다.

▲ JWST가 분석한 대기를 가진 지구와 같은 외계행성의 빛 스펙트럼은 이렇다. © NASA / ESA, CSA, STScI, Joseph Olmsted(STScI)

시야에 들어오는 낯선 세계

행성 연구자들은 또한 새로운 우주 망원경과 특별한 희망을 연관시킨다.
그것으로 외계 행성의 대기를 구성 성분으로 분석하고 외계 생명체의 화학적 특징을 찾는 것이 처음으로 가능하기 때문이다. NIRISS 기기는 이를 위해 특별히 설계되었다. 즉, 중심별에서 과도하게 방출되는 빛을 차단하는 근적외선 분광기다. 이를 통해 그는 행성의 훨씬 약한 빛을 포착하고 분석할 수 있다.

Webb의 광학은 또한 근처 외행성의 첫 번째 사진을 제공할 만큼 충분히 예리하다.
망원경으로 목표로 삼은 첫 번째 목표는 우리로부터 불과 40광년 떨어져 있는 TRAPPIST-1 시스템의 지구 크기 7개 행성을 포함하여 가까운 우주 환경에 있는 일부 지구와 유사한 외계 행성을 포함한다. 이러한 세계 중 몇 개는 동시에 생명 친화적일 수 있기 때문이다.
(계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]