한국천문연구원이 참여한 국제 공동 연구진이 지금까지 발견된 것 가운데 가장 멀리 떨어져 있으면서 가장 무거운 원시 초은하단을 발견했다.
천문연은 한국고등과학원, 미국 퍼듀대·럿거스대 등이 참여한 국제 공동 연구진이 원시 초은하단 'COSMOS-z3.1-A'를 발견했다고 9일 밝혔다.
COSMOS-z3.1-A의 질량은 우리은하의 약 5000배에 달한다. 지금까지 알려진 원시 초은하단 가운데 가장 멀고 무거운 구조로 확인됐다.
이번 연구에는 천문연과 한국고등과학원, 퍼듀대, 럿거스대가 공동 운영하는 대규모 탐사 프로젝트 'ODIN'의 관측자료가 활용됐다. ODIN은 칠레 세로톨로천문대의 빅터 M. 블랑코 4m 망원경에 장착된 암흑에너지카메라를 이용해 먼 우주의 은하와 거대 구조를 탐사하고 있다.
연구진은 ODIN 탐사를 통해 약 100억~120억 광년 떨어진 원시은하단 150개를 찾아냈으며, 이 가운데 은하 밀도가 특히 높은 COSMOS-z3.1-A와 COSMOS-z3.1-C를 정밀 분석했다.
이어 암흑에너지분광장비(DESI), 제미니 망원경, 켁Ⅱ 망원경 등을 활용한 후속 분광관측으로 각 은하까지의 거리를 측정하고, 기존 위치 정보와 결합해 원시은하단의 실제 공간 분포를 3차원으로 재구성했다.
천문연 문병하·전은수 연구원은 원시은하단에 존재하는 거대한 가스 구름인 '라이만 알파 성운'을 탐색하고 후속 분광관측을 주도했다. 천문연이 국제 제미니천문대 파트너 기관으로 확보한 관측자료도 3차원 구조 분석에 활용됐다.
분석 결과 COSMOS-z3.1-A와 COSMOS-z3.1-C는 시간이 흐르면 가까운 우주의 대표적 거대 은하단인 머리털자리 은하단보다 더 무거운 은하단으로 성장할 것으로 예측됐다.
특히 COSMOS-z3.1-A는 여러 은하단이 모인 초은하단으로 성장할 '원시 초은하단'으로 확인됐다. 기존에 알려진 원시 초은하단 '하이페리온'보다 더 이른 시기에 형성된 구조로, 연구진은 이처럼 극단적으로 무겁고 밀도가 높은 구조가 은하단 1만개당 하나 미만일 정도로 희귀할 것으로 추정했다.
연구진은 또 이들 원시은하단이 여러 작은 덩어리가 모인 불규칙한 형태를 띠며 우주 거미줄 필라멘트가 교차하는 지점에 자리한다는 사실을 확인했다. 이는 작은 구조가 먼저 형성된 뒤 서로 병합해 더 큰 구조로 성장한다는 '상향식 우주 구조 형성 모델'을 관측적으로 뒷받침한다.
문병하 박사는 “우주 나이가 20억년에 불과하던 시기에 이미 거대한 우주 구조의 골격이 형성되고 있었음을 보여준다”며 “초기 우주의 거대구조 형성 현장을 실제 3차원 관측 데이터로 규명했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '천체물리학저널'에 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
