우주는 약 138억 년 전에 빅뱅(Big Bang) 으로 탄생한 것으로 알려져 있다. 하지만 과학자들은 여전히 초기 우주에 존재했던 최초의 별과 은하가 무엇인지를 연구하고 있다.
현재까지 발견된 별과 은하 중에는 우주의 초창기에 형성된 것들이 존재하며, 이를 연구하면 빅뱅 이후 우주가 어떻게 진화했는지를 알 수 있다. 이번 글에서는 가장 오래된 별과 은하 5가지를 소개하고, 과학자들이 이들의 나이를 어떻게 측정하는지 살펴보겠다.
1. 가장 오래된 별 – ‘메투셀라의 별’ (HD 140283)
HD 140283은 지구에서 약 200광년 떨어진 곳에 위치한 별로, 현재까지 발견된 별들 중 가장 오래된 별로 알려져 있다. 과학자들은 이 별이 약 141억 년 전에 형성된 것으로 추정하고 있다.
✔️ HD 140283이 특별한 이유:
• 태양보다 훨씬 오래된 나이를 가짐
• 우주의 초기 화학 조성을 연구하는 데 중요한 단서 제공
• 금속 함량이 매우 낮아, 빅뱅 직후 형성된 1세대 별에 가까운 특징을 보임
하지만 우주의 나이가 138억 년으로 추정되는데, HD 140283의 나이가 141억 년이라면 논리적으로 모순이 발생한다. 과학자들은 거리 측정 및 별의 나이 계산에 약간의 오차가 있을 가능성이 크다고 보고 있으며, 현재 추가 연구가 진행 중이다.
2. 가장 오래된 은하 – GN-z11
GN-z11은 현재까지 발견된 은하 중 가장 멀고, 가장 오래된 은하로 기록되어 있다.
✔️ GN-z11의 특징:
• 적색편이 값이 z=11.09로, 빅뱅 후 약 4억 년 후에 존재했던 은하
• 지구에서 약 134억 광년 떨어져 있음
• 초기 은하 형성 과정을 연구하는 데 중요한 천체
GN-z11은 허블 우주망원경을 통해 발견되었으며, 현재 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 이용한 추가 연구가 진행되고 있다.
3. 가장 오래된 구상성단 – NGC 6397
NGC 6397은 우리 은하에서 두 번째로 가까운 구상성단으로, 약 1만 3천 광년 떨어져 있다. 이 성단은 나이가 약 136억 년으로 추정되며, 우주 초창기부터 존재했던 천체 중 하나다.
✔️ NGC 6397이 중요한 이유:
• 우리 은하 형성 초기부터 존재했던 별들의 집합
• 성단 내 별들의 나이를 연구하여 우주의 진화 과정 이해 가능
• 상대적으로 가까운 위치에 있어 연구하기 쉬움
구상성단은 수십만 개의 별들이 밀집된 형태로 존재하는데, 이곳의 별들은 거의 초기 우주에서 형성된 것들이 많다.
4. 초창기 블랙홀을 품은 은하 – J0313-1806
우주에서 가장 오래된 은하 중 하나일 뿐만 아니라, 초거대 블랙홀을 포함하고 있는 은하다. 이 은하는 130억 년 전에 형성된 것으로 추정되며, 중심에 태양 질량의 15억 배에 달하는 블랙홀을 포함하고 있다.
✔️ 중요한 이유:
• 빅뱅 직후 블랙홀이 어떻게 생성되었는지 연구하는 데 중요한 단서
• 예상보다 훨씬 빠르게 성장한 블랙홀이 존재 → 기존 이론을 수정할 필요성 제기
• 우주 초기에 형성된 은하 구조를 연구할 수 있음
이 은하는 과학자들에게 블랙홀이 빅뱅 이후 얼마나 빨리 성장할 수 있는지에 대한 중요한 단서를 제공하고 있다.
5. 우주에서 가장 오래된 별의 흔적 – SDSS J102915+172927
거의 순수한 수소와 헬륨으로 이루어진 별로, 우주 초창기에 형성된 천체 중 하나로 여겨진다.
✔️ 특징:
• 금속 함량이 거의 없어, 빅뱅 직후 형성된 별일 가능성이 높음
• 현재까지 발견된 별들 중 가장 낮은 금속 함량을 보임
• 우주 초기의 화학적 조성을 연구하는 데 중요한 자료
과학자들은 이 별을 연구하면서 우주의 초기 화학 조성 및 첫 번째 별들이 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 찾고 있다.
과학자들은 어떻게 별과 은하의 나이를 측정할까?
별과 은하의 나이를 측정하는 것은 쉬운 일이 아니다. 하지만 천문학자들은 여러 가지 방법을 활용하여 천체의 나이를 계산하고 있다.
✅ 1) 항성의 금속 함량 분석
• 초기 우주에서는 수소와 헬륨만 존재했으며, 시간이 지나면서 무거운 원소(금속)가 생성됨
• 금속 함량이 낮은 별일수록 더 오래된 별일 가능성이 높음
✅ 2) 적색편이 (Redshift) 측정
• 우주가 팽창하면서, 멀리 있는 은하일수록 적색편이가 크다.
• 적색편이 값이 클수록 더 오래된 은하일 가능성이 높음
✅ 3) 구상성단 나이 측정
• 구상성단 내 별들의 나이를 분석하여 성단 전체의 나이를 추정할 수 있음
• 이는 우리 은하의 형성 시기를 추정하는 데도 중요한 자료가 됨
우주는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 오래되었다
현재까지 발견된 가장 오래된 별(HD 140283), 가장 오래된 은하(GN-z11), 그리고 초기 블랙홀을 포함한 J0313-1806 같은 천체들은 우주의 시작과 진화 과정을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하고 있다.
과학자들은 지속적으로 더 오래된 별과 은하를 찾기 위해 연구를 진행 중이며, 제임스 웹 우주망원경과 같은 차세대 기술을 활용하면 앞으로 더욱 놀라운 발견이 이루어질 것이다.
우주는 여전히 많은 비밀을 간직하고 있으며, 우리는 계속해서 시간의 기원을 밝혀내기 위한 탐사를 이어가야 한다.