작은 붉은 점 하나가 계산을 멈춰 세웠다

검은 우주 화면 속 작은 붉은 점 하나가 예상보다 오래된 은하일 수 있다는 설명은 쉽게 잊히지 않는다. 천문학에서 먼 우주를 관측한다는 것은 단순히 멀리 떨어진 공간을 보는 일이 아니라 아주 오래전 출발한 빛의 기록을 따라가는 과정에 가깝다. 빛은 이동하는 데 시간이 필요하기 때문에 먼 은하를 바라볼수록 우리는 더 오래된 우주의 모습을 확인하게 된다. 최근 제임스 웹 우주망원경은 이전보다 훨씬 깊은 영역의 빛을 기록하기 시작했고, 그 과정에서 기존 모델보다 이른 시기의 은하 후보들이 연달아 나타나고 있다. 일부 연구팀은 기존 계산보다 훨씬 빠른 속도로 초기 은하가 형성되었을 쪽으로 해석이 기울고 있지만, 다른 쪽에서는 거리 계산과 밝기 해석을 다시 검토해야 한다는 의견도 계속 언급되고 있다. 검은 우주 화면 안에 남아 있던 작은 붉은 점 하나가 연구자들의 계산을 다시 들여다보게 만들고 있었다. 

 

초기 우주는 오랫동안 단순한 공간처럼 여겨지고 있었다

한동안 천문학에서는 초기 우주가 지금보다 훨씬 단순한 상태에 가까웠을 것이라는 해석이 널리 받아들여지고 있었다. 별과 은하가 만들어지기까지는 긴 시간이 필요할 것이라는 계산도 많았다. 그래서 빅뱅 이후 얼마 지나지 않은 시기의 우주에는 아직 거대한 구조가 많지 않을 것이라는 시선이 자연스럽게 남아 있었다. 오래된 우주의 빛 역시 희미하고 흐릿한 형태로만 남아 있을 것이라는 분석도 많았다. 아주 먼 거리까지 도달한 빛은 약해져 있었을 것이라고 생각했기 때문이다. 우주의 초기 구조 역시 지금처럼 복잡하게 성장하기까지는 상당한 시간이 필요했을 것이라는 설명이 오랫동안 유지되고 있었다. 이런 해석은 여러 우주 모델 안에서도 비교적 자연스럽게 받아들여지고 있었다. 초기 우주는 아직 형성이 덜 된 상태에 가까웠고, 지금 보이는 거대한 은하 구조는 훨씬 뒤늦게 만들어졌을 것이라는 관점이 강했다.

그런데 공개 자료 안에는 계산과 어긋나는 구조들이 함께 보이기 시작했다

제임스 웹 우주망원경 공개 이미지가 하나둘 나오면서 분위기는 조금 달라지고 있었다. 아주 먼 거리로 분류된 후보 은하들 가운데 계산보다 밝고 큰 구조가 함께 보이기 시작했기 때문이다. 연구팀은 일부 장면을 다시 관측하며 거리 계산과 밝기 수치를 여러 차례 비교하기도 했다. 문제는 비슷한 관측 결과가 한 번으로 끝나지 않았다는 점이었다. 다른 관측 영역에서도 초기 우주 후보 은하가 기존 추정 시기보다 빠르게 연달아 나타났고, 일부 확대 기록에서는 이미 상당한 구조를 갖춘 은하 형태까지 함께 포함되기 시작했다. 관측 결과가 공개될수록 계산과 어긋나는 화면도 더 자주 보이기 시작했다. 기존 모델대로라면 그렇게 이른 시기에 저 정도 규모의 은하가 형성되기 어려워 보였기 때문이다. 공개 관측 이미지 속 작은 붉은 점 하나를 두고도 여러 연구팀이 다시 분석을 계속 진행 중인 모습도 함께 나타나고 있었다.

사진 한 장이 아니라 비교 자료들이 빠르게 쌓이고 있었다

제임스 웹 우주망원경 연구는 단순히 사진 한 장을 공개하는 수준에 머물지 않았다. 서로 다른 관측 영역에서 발견된 초기 은하 후보들을 비교하는 분석 자료도 빠르게 늘어나고 있었다. 같은 시기로 분류된 은하인데도 구조와 밝기 차이가 생각보다 크게 나타나는 경우가 많았기 때문이다. 어떤 은하는 아직 형태가 불규칙한 상태에 가까웠고, 또 다른 은하는 이미 상당히 성장한 구조처럼 보이기도 했다. 일부 관측 자료에서는 밝기가 계산보다 강하게 나타나는 경우도 있었다. 연구팀은 적색편이 수치와 밝기 변화를 함께 비교하며 거리 계산을 다시 검토하고 있었다. 일부 국제 공동 연구진은 서로 다른 관측 시기에 촬영된 초기 은하 후보 이미지를 겹쳐 놓고 밝기 변화와 거리 계산 수치를 다시 비교하는 작업도 이어 가고 있다. 일부 분석팀은 서로 다른 관측 장비에서 계산된 거리 수치를 다시 대조하며 초기 은하 후보들의 밝기 변화가 같은 방향으로 나타나는지도 함께 검토하고 있다. 확대 이미지를 나란히 놓고 보다 보면 같은 초기 우주 시기라고 해도 은하 성장 속도가 완전히 동일하지 않았을 가능성도 점점 더 크게 언급되고 있었다. 이전까지는 오래된 우주일수록 단순한 구조만 남아 있을 것이라는 설명이 많았지만, 비교 자료가 늘어날수록 생각보다 훨씬 복잡한 형태가 계속 확인되고 있었다. 공개된 확대 이미지를 다시 열어 놓고 붉게 표시된 후보 은하가 이전 분석 자료에서는 어떻게 분류됐는지 찾아보게 되는 경우도 있었다. 

우주보다 해석 쪽이 더 흔들리기 시작했다

관측 결과가 늘어나자 해석 방향 역시 하나로 정리되지 않기 시작했다. 일부 연구자들은 초기 은하 형성 속도에 대한 기존 계산을 수정해야 할 쪽으로 해석이 기울고 있다. 계산보다 빠른 시기에 거대한 은하 구조가 확인되고 있기 때문이다. 반면 다른 쪽에서는 아직 해석이 너무 이르다는 반론도 계속 언급되고 있다. 밝기 계산 과정에서 오차 가능성이 남아 있을 수 있고, 일부 후보 은하는 거리 추정 자체가 다시 조정될 여지도 있다는 의견이 등장하고 있다. 같은 관측 자료를 두고도 연구팀마다 강조하는 부분이 조금씩 달라지고 있는 셈이다. 최근 국제 관측 프로젝트 자료를 보다 보면 우주 자체보다 해석 방식 쪽이 더 빠르게 흔들리고 있다는 느낌이 강하게 남는 경우도 있다. 같은 화면을 두고도 “계산보다 빠른 은하 형성”이라는 설명과 “아직 추가 검증이 필요하다”는 반론이 함께 등장하기 때문이다.

지금 가장 오래된 빛이라는 기준도 다시 바뀌게 될까

지금도 연구팀은 그 오래된 빛 안에 무엇이 남아 있는지를 계속 확인하고 있다. 하지만 지금 관측되고 있는 장면들이 정말 가장 오래된 빛인지, 혹은 앞으로 더 먼 시기의 은하가 다시 발견될 수 있는지는 아직 단정하기 어렵다. 관측 데이터가 계속 늘어나면서 현재 해석 역시 다시 수정될 여지도 함께 언급되고 있다. 지금은 초기 은하로 분류되는 장면 가운데 일부가 앞으로는 전혀 다른 방식으로 다시 분류될 여지도 남아 있다. 반대로 지금보다 더 오래된 빛이 확인되면서 우주의 초기 구조 자체가 다른 방향으로 수정될 여지도 존재한다. 깊은 우주 이미지가 공개되면 이제는 사진 크기보다 관측 시점과 적색편이 수치를 먼저 확대해 보는 경우도 생기고 있었다. 새로운 제임스 웹 이미지가 공개되면 이제는 은하 개수보다 적색편이 수치가 함께 표시됐는지를 먼저 확인하게 되는 경우도 있었다. 최근 공개되는 깊은 우주 이미지를 보다 보면 이제는 단순히 “가장 먼 은하”라는 설명보다 그 장면이 앞으로도 같은 의미로 남아 있을지부터 먼저 생각하게 되는 경우가 많아졌다. 지금 가장 오래된 빛이라고 불리는 장면 역시 앞으로는 지금과 다른 기준 안에서 다시 분류될지 모른다.