2021년 12월 25일에 발사되어 무사히 궤도에 오른 제임스 웹 망원경(이후 JWST)은 올해 2월 11일, 첫 번째 사진을 공개했지요.
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흐릿하고 번진 빛들이 찍힌 사진에 놀라셨나요? 이 점들은 개개의 별을 촬영한 게 아니라 하나의 별을 18번 찍은 것입니다. JWST의 수경은 육각 거울 18개가 붙어있는 형태로, 각 거울이 같은 별을 촬영한 것이죠. 이 18개의 점들을 거울 순서대로 두고, 초점을 맞춘 뒤, 하나로 합치면…
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짠! 이렇게 선명한 별의 사진을 얻을 수 있게 됩니다. 당시 천문학자들은 이 사진만으로도 흥분을 감추지 못했는데요, 5개월 뒤, JWST는 말 그대로 전 세계를 뒤집어버리고 말았습니다. JWST가 ‘제대로’ 찍은 첫 번째 사진, 모두 보셨겠죠?
SMACS 0723
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JWST 팀이 최초로 공개한 이 사진은 SMACS 0723이라는 은하단입니다. 각각 빛나는 덩어리들은 별이 아니라 은하들이에요. 수천 개의 은하가 우주를 가득 메우고 있습니다. 사진 중간에 놓인 은하들이 늘어지고 휘어져 있는 게 보이시나요? 바로 중력렌즈 효과 때문입니다. 은하단 중심은 매우 무겁고 중력이 강해요. 그 중력에 의해 은하에서 나오는 빛이 휘어지고 늘어지게 되죠. 실제로 은하가 휘어진 것이 아니에요. 또 하나 놀라운 사실은, 은하가 많이 있어서 매우 넓은 공간을 촬영한 것 같지만, 사실은 모래 한 알을 들고 팔을 뻗었을 때 보이는 모래알 크기의 공간을 촬영한 거래요. 그 안에 저렇게 빽빽이 은하들이 모여있다니! 우주 전체에는 도대체 얼마나 많은 은하와 별들이 있을지 상상도 되지 않네요!
JWST가 공개한 추가 이미지들도 확인해 볼까요?
카리나 성운
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남반구에는 용골자리(Carina)라는 별자리가 있는데, 그곳에는 아주 복잡한 모양의 용골자리 성운(카리나 성운)이 있어요. 어린이 천문대 대원들이라면 겨울철에 한 번쯤 관측했을 오리온성운보다 무려 네 배나 더 크지요. 게다가 호문 클로스 성운이나 열쇠구멍 성운, 반항하는 손가락, 신비로운 산 등 재밌게 생긴 성운들과 여러 산개성단이 있어요. 하지만 남반구에 있어서 아쉽게도 우리는 직접 볼 수 없어요. JWST는 이 성운에서 별들이 탄생하고 있는 지역인 NGC 3324를 촬영했습니다.
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마치 절벽, 또는 울퉁불퉁한 산처럼 보이는 이곳은 우주의 절벽이라 불리기도 하는 곳으로, NGC 3324의 가장자리입니다. 지구와 약 7,600광년 떨어져 있는 이 지역에서는 별들이 태어나고 있는데, 그 별에서 나오는 강력한 자외선과 항성풍 때문에 절벽 모양의 성운이 만들어진 거래요. 지금도 성운을 이루는 가스는 우주 공간으로 날아가고 있어요. 아주 긴 시간이 지나면, 성운은 지금과는 다른 모습을 하고 있겠죠?
스테판의 5중주 Stephan’s Quintet
스테판의 5중주는 페가수스자리에 있는 은하군이에요. 다섯 개의 은하가 모여있는 것처럼 보이지만, 실은 사중주입니다. 실제로 모여있는 은하는 네 개고, 남은 하나는(가장 왼쪽) 같은 방향에 있는 것뿐이에요. 1877년에 프랑스의 천문학자 에두아르 슈테팡이 발견해서 이런 재밌는 이름이 붙었어요.
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은하가 모여있는 모습 자체도 멋있지만, 이 은하군은 은하가 가까워졌을 때 어떤 현상이 벌어지는지 보여주는 좋은 예입니다. 1970년대 초, 전파 망원경 관측을 통해 이 은하들 사이에 가스 필라멘트 구조가 있다는 것이 드러났는데, 천문학자들은 은하들이 가까워지면서 발생한 충격파로 필라멘트 구조가 생긴 거라고 추측하고 있어요.
이 아름다운 사진은 어떻게 촬영된 걸까요? JWST의 위치에서 보이는 이 영역의 넓이는 보름달 지름의 1/5 정도인데, 거의 1,000장 정도의 사진을 촬영한 뒤 모자이크처럼 이어붙여 만든 사진이라고 해요. 해상도는 무려 1억 5천만 픽셀이라고 하네요!
남쪽 고리성운 Southern ring nebula
거문고자리의 고리성운이냐고요? 땡! 이 성운은 역시 남반구의 별자리인 돛자리에 있는 남쪽 고리성운입니다. 행성상 성운이라 고리성운과 비슷하게 보이죠. 지구와는 약 2천 광년 떨어져 있어요. 작은 망원경으로 관측하면 숫자 8처럼 생겼다고 팔렬 성운이란 이름도 있어요.
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두 장의 이미지는 모두 JWST가 촬영한 사진입니다. 왼쪽은 근적외선 카메라(NIRCam), 오른쪽은 중적외선 카메라(MIRI)로 촬영한 사진입니다. 오른쪽 사진을 보면 성운 중심부에 빛나는 두 개의 별이 보입니다. 중적외선 카메라에만 붉은 별이 드러난 건, 별이 먼지에 둘러싸여 있기 때문이에요. 두 별 중 더 밝고 푸른 별은 아직 어린 별로, 먼 미래에는 또 다른 행성상 성운을 만들며 인생의 마지막을 장식할 것입니다.
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허블 우주 망원경이 이전에 촬영한 사진과 비교해 보면, JWST의 사진에선 성운의 세세한 부분까지 드러나 있어요. JWST의 위력을 새삼 실감하게 되네요.
목성
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세상에서 제일 좋은 우주 망원경이 찍은 목성 사진이 왜 이럴까요? 그건 가시광선이 아니라 적외선으로 찍은 사진이라 그래요. 목성의 띠와 대, 소용돌이가 뚜렷하게 보이죠? 저 오른 편의 하얀색 동그라미는 뭘까요? 바로 대적점입니다.
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이 사진에선 목성의 위성인 유로파, 메티스, 테베, 그리고 목성 주위의 가느다란 고리까지 보이네요. JWST로 보게 될 다른 행성들의 모습도 기대됩니다. 그동안 우리가 전혀 알지 못했던 것들을 발견하게 될지도 몰라요!
WASP-96b
WASP-96b는 우리 은하에서 발견된 5천 개 이상의 외계행성 중의 하나로, 봉황자리에 있고, 우리와 1천 광년 이상 떨어져 있어요. 이 행성은 가스 행성으로, 질량은 목성의 반 정도고, 크기는 목성보다 1.2배 정도예요. 이 행성은 태양과 닮은 별(WASP-96) 주위를 돌고 있는데, 아주 가까이 붙어서 돌고 있어요. 얼마나 가깝냐면, 별과 행성 사이의 거리가 태양과 수성 사이의 거리의 1/9밖에 되지 않는데요. 공전 주기는 3.5일입니다. 1년이 3.5일밖에 되지 않는다는 소리죠.
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이 그래프는 JWST가 별과 행성을 6.4 시간 관찰한 결과입니다. 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 어두워지는데, 어두워지는 정도를 빛의 파장에 따라 나타낸 것이지요. 천문학자들은 이 그래프를 통해서 WASP-96b의 대기에서 구름과 연무, 물의 특징을 포착했어요. 우주에선 물이 굉장히 중요한데, 물은 생명체의 존재에 가장 중요한 요소이기 때문입니다. JWST엔 근적외선 분광기(NIRISS)가 설치되어 있어 이런 세세한 내용도 파악할 수 있어요. 천문학자들은 앞으로도 작은 암석형 행성이나 가스형 행성, 얼음형 행성의 표면과 대기도 분석할 예정이라고 해요. 어쩌면 NIRISS를 통해 생명체가 살 수 있는 환경의 행성을 찾을 수 있을지도 모르겠네요.
이 정도로 놀라기엔 이릅니다. JWST의 임무는 이제 막 시작했으니까요. 빛의 호위 속에서 JWST가 새로운 발견들을 이어나가길 바랍니다.
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