제임스 웹은 어떻게 우주의 새벽을 열었나

밤하늘의 어둠 속에는 135억 년 전의 빛이 숨어 있습니다. 제임스 웹 우주망원경은 그 빛을 붙잡아 우주의 첫 새벽을 보여 주었습니다.

1. 왜 적외선 망원경이 필요했을까

우주는 지금도 계속 팽창하고 있습니다. 그래서 아주 먼 은하에서 출발한 빛은 오는 동안 파장이 길게 늘어납니다.

이 현상을 적색편이라고 부릅니다. 처음에는 눈에 보이던 빛이 지구에 닿을 때는 적외선으로 바뀌어 있습니다.

허블 우주망원경은 주로 가시광선을 봅니다. 그래서 가장 오래된 은하의 빛은 허블의 시야 밖에 있었습니다.

과학자들은 이 늘어난 빛을 잡을 새 눈이 필요했습니다. 그렇게 수십 년에 걸친 제임스 웹 계획이 시작되었습니다.

웹의 주경은 지름이 6.5m입니다. 허블 거울인 2.4m보다 훨씬 크고, 빛을 모으는 면적은 약 6배에 이릅니다.

거울은 18개의 육각형 조각으로 이루어져 있습니다. 가볍고 단단한 베릴륨 위에 얇은 금을 입혀 적외선을 잘 반사합니다.

거울 아래에는 5겹의 차양막이 펼쳐집니다. 크기가 테니스장과 비슷해서 태양의 열을 막아 줍니다.

덕분에 망원경은 영하 220도 아래까지 차가워집니다. 스스로 내는 열이 희미한 적외선 신호를 가리지 않게 하려는 장치입니다.

웹은 2021년 12월 25일 프랑스령 기아나에서 아리안 5 로켓에 실려 떠났습니다. 로켓 안에 들어가도록 접힌 채로 발사되었습니다.

우주에 나간 뒤 약 2주 동안 차양막과 거울이 차례로 펼쳐졌습니다. 하나라도 실패하면 임무 전체가 위험해지는 과정이었습니다.

2022년 1월, 웹은 목적지인 라그랑주 L2에 도착했습니다. 이곳에서는 태양과 지구, 달을 늘 한쪽 방향에 둘 수 있습니다.

접힌 채 떠난 망원경이 우주에서 꽃처럼 펼쳐진 순간, 인류의 눈은 시간의 끝을 향하게 되었습니다.

2022년 7월 첫 딥필드 사진이 공개되었습니다. 은하단 SMACS 0723 주변에 수천 개의 은하가 담겨 있었습니다.

이 사진이 찍은 영역은 팔을 뻗어 든 모래알 한 톨만큼 작은 하늘 조각이었습니다. 그 작은 틈에서 우주가 끝없이 쏟아져 나왔습니다.

2024년에는 JADES-GS-z14-0 은하가 확인되었습니다. 2025년에는 MoM-z14가 적색편이 14.44로 새 기록을 세웠습니다.

이 은하의 빛은 빅뱅 뒤 약 2억 8천만 년 무렵에 출발했습니다. 우주 나이의 약 2%에 해당하는 아주 어린 시절입니다.

웹이 찾은 초기 은하들은 예상보다 밝고 단단하게 뭉쳐 있었습니다. 일부에서는 산소 같은 무거운 원소의 흔적도 보였습니다.

그래서 과학자들은 첫 별과 은하가 생각보다 빨리 자랐을 가능성을 연구하고 있습니다. 다만 이것은 아직 검증 중인 해석입니다.

웹은 외계행성의 대기도 분석합니다. 2022년에는 외계행성 WASP-39b에서 이산화탄소를 뚜렷하게 확인했습니다.

빛이 오래될수록 더 붉어진다
웹은 그 붉은 빛으로 과거를 본다

웹의 연료는 약 20년을 버틸 수 있을 것으로 예상됩니다. 우주의 새벽을 향한 관측은 이제 막 시작되었습니다.

면책·출처: 본문은 NASA, ESA, CSA의 공개 자료를 바탕으로 작성했습니다. 수치와 기록은 새로운 관측에 따라 바뀔 수 있습니다. 초기 은하에 대한 해석은 아직 연구 중입니다.