역대급 원시초은하단 발견…우리은하 5000배 질량

지구가 속해 있는 우리하 전체 무게의 5,000배에 이르는 원시 초은하단이 발견됐다. 거리상으로도 지금까지 발견된 은하단 중 가장 먼, 120광년 정도 떨어져 있다. 이번 발견은 한국천문연구원과 한국고등과학원 연구팀이 포함된 국제 연구로 진행했다. 연구는 미국 퍼듀대학교 및 럿거스대학교가 공동 운영하는 대규모 탐사 관측 장비'ODIN'으로 진행됐다. 'ODIN'은 칠레 세로톨로로 천문대(CTIO)의 빅터 M. 블랑코 4m 망원경에 장착된 암흑에너지카메라(DECam)를 이용해 지난 3년간 100일 이상 관측을 수행하며 먼 우주 은하와 거대 구조를 탐사해왔다. 그동안 이들은 약 100억~120억 광년 떨어진 150개의 원시은하단을 찾아냈다. 원시 초은하단은 여러 은하단이 모인 초은하단 성장 전 단계의 거대 구조다. 은하단은 수백 개에서 수천 개의 은하가 중력으로 묶여 있는 우주 최대 규모 중력 결합 구조다. 이번에 발견한 원시 초은하단은 'COSMOS-z3.1-A'다. 질량은 우리은하의 약 5,000배에 달할 것으로 연구진은 분석했다. 지금까지 알려진 원시 초은하단 가운데 가장 멀고 무거운 것으로 나타났다. 연구진은 암흑에너지분광장비(DESI), 제미니 망원경의 다천체분광기(GMOS), 켁Ⅱ 망원경의 다천체분광기(DEIMOS) 등을 이용해 후속 분광관측을 수행했다. 이를 통해 각 은하까지의 거리를 측정하고, ODIN의 2차원 위치 정보와 결합해 은하들의 실제 공간 분포를 3차원으로 재구성했다. 국내에서는 문병하, 전은수 연구원(이상 천문연구원)이 이 연구에 참여했다. 이들은 원시은하단 내에 존재하는 거대한 가스 구름인 '라이만 알파 성운'을 탐색하고 후속 분광 관측을 주도했다. 관측은 국제 제미니천문대 제미니 망원경의 다천체분광기를 활용했다. 이를 통해 먼 우주에 있는 다수 원시은하단 정밀 3차원 우주지도를 제작했다. 정웅섭 천문연 은하진화연구센터 책임연구원은 "먼 우주에 존재하는 여러 원시은하단을 상세한 3차원 구조로 구현한 것은 이번 연구가 처음"이라며 "은하단 사상 가장 먼거리다. 120억 광년 떨어진 거리에 위치한다"고 말했다. 연구진 또 3차원 지도를 통해 이들 원시은하단이 여러 개의 작은 덩어리가 모인 불규칙한 형태를 띠며, 여러 우주 거미줄 필라멘트가 교차하는 지점에 자리한다는 사실을 확인했다고 덧붙였다. 논문 제3저자이자 ODIN 탐사관측팀에서 핵심 역할을 한 문병하 박사는 “이번 연구는 우주 나이가 20억 년에 불과하던 시기에 이미 거대한 우주 구조의 골격이 형성되고 있었음을 보여준다”며, “막연히 이론으로만 예측하던 초기 우주의 거대구조 형성 현장을 실제 3차원 관측 데이터로 직접 규명했다는 점에서 우주 진화 연구의 중요한 이정표가 될 것”이라고 설명했다. 연구 결과는 국제학술지 '더 아스트로피지컬 저널'(The Astrophysical Journal)에 게재됐다.