허블망원경, 30년간 보여준 우주의 신비 - 테크42

‘제임스 웹 우주 망원경(JWST)’. 지난해 12월 25일 발사돼 현재 지구에서 약 160만km 떨어진 곳에 자리잡은 세계에서 가장 강력한 우주 망원경이다. 이 우주망원경은 올 여름에나 본격 가동될 것으로 보인다. 미항공우주국(NASA·나사)은 JWST가 허블우주망원경보다 100배 더 강력하도록 설계됐으며, 허블에 설계되지 않은 파장으로 우주를 보여줄 허블의 과학적 계승자라고 말하고 싶어한다. 그러나 제임스 웹이 우주로 쏘아올렸다고 해서 기존의 허블망원경이 당장 사라지는 것은 아니다. 여전히 우주를 스캔하는 작업을 하고 있고 최근 촬영된 생생한 은하들의 충돌 사진도 보내왔다. 우주를 보는 우리의 눈을 바꿔주면서 세상의 관심을 한몸에 받았지만 이른바 ‘전자 골관절통’을 앓고 있는 허블이 JWST와 함께 2020년대 말까지 공존할 가능성이 있다. 2040년 쯤 추락할 것으로 보이는 허블의 향후 스토리도 짚어본다. 허블 망원경은 지난 주 공개된 ‘은하가 충돌하는 모습’ 촬영사진을 통해 여전히 존재감을 과시하고 있다. 이와함께 1990년 발사이후 30년간 촬영한 우주 사진 가운데 베스트 사진 30점도 함께 소개한다.

(상)“나 안죽었어”···생생한 ‘은하들의 충돌’ 전송

(하)허블만원경, 30여년간 보여준 우주의 신비’

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허블, 제임스 웹 망원경 본격 관측 앞두고 ‘은하간 정면충돌’ 사진 촬영

^{허블 우주망원경이 촬영한 충돌 이미지. 아르프143(Arp 143)으로 불리는 충돌 은하 한쌍의 사진이다. (사진=NASA, ESA, STScI(우주망원경 과학연구원), 플랫티론 연구원 컴퓨터 천체물리학센터,워싱턴대)}

은하들 간의 정면 충돌 모습이 허블 우주 망원경의 새로운 촬영 이미지에 포착됐다. 이 충돌은 심우주 공간에 별의 형성과 함께 반짝이는 거대한 우주 삼각형(사진)을 형성했다.

허블 팀은 지난 22일(현지시각) 미항공우주국(NASA·나사)가 공개한 이 새로운 사진에서 “아르프143(Arp 143)으로 알려진 충돌 은하 한 쌍이 가스와 먼지를 공유함으로써 ‘별 탄생의 쓰나미’로 확대되는 이른바 ‘우주 삼각형’으로 정렬된 묘사된 모습을 보여준다”고 설명했다.

허블 팀 관계자는 이 사진에 대해 “이 시스템에 있는 두 은하가 정면으로 충돌하면서 삼각형 모양의 별(항성) 폭발을 부채질했다. 두 은하는 항성을 생성하는 왜곡된 나선 은하 ‘NGC 2445’(오른쪽)와 덜 빛나는 동반 은하 ‘NGC 2444’다”라고 설명했다.

이 관계자는 “이번 충돌로 인한 별 탄생의 물결은 사진에 나타난 삼각형 모양의 별 형성 때문에 매우 드문 것이다”라고 덧붙였다.

허블 팀에 참여중인 워싱턴대 및 뉴욕 컴퓨터 우주물리학 플래티론 연구센터에서 일하는 줄리앤 댈캔튼은 “이 같은 형태를 취하게 되는 이유중 하나는 은하들은 여전히 서로 매우 가깝고) NGC 2444는 여전히 중력적으로 다른 은하를 붙잡고 있기 때문”이라고 설명했다.

댈캔튼은 “NGC 2444는 NGC 2445의 가스를 핵으로부터 끌어당기는 데 도움이 될 수 있는 보이지 않는 뜨거운 가스 헤일로(후광)도 가지고 있을 수 있다. 따라서 아직 서로 완전히 자유롭지는 않으며, 그들 간의 특이한 상호작용이 원형 고리를 이같은 삼각형으로 왜곡시키고 있다”고 말했다.

충돌을 더욱 복잡하게 만드는 것은 NGC 2444가 다른 은하에서 가스 가닥을 끌어당겨 두 은하를 연결하는 젊고 푸른 별들의 ‘깃발(스트리머 streamer)’들을 만드는 경향이다. 스트리머 별들은 5000만~1억 년 전에 생성됐지만 은하들이 계속해서 서로 떨어져 나가면서 우주에 갇히게 될 것이다.

천문학자들은 “NGC 2445의 심장부에서는 100만~200만 년 밖에 되지 않은 또 다른 젊은 별들이 형성되고 있다. 반면 NGC 2444는 나이든 별들로만 채워져 있으며, 충돌 전에 가스를 잃어버렸다”고 말했다.

볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소의 과학자 엘레나 사비는 “이 충돌은 별의 형성과 상호작용하는 은하를 이해할 수 있는 환상적인 샌드박스를 제공한다”고 덧붙였다.

‘NGC 2445’의 심장부에서는 100만~200만 년 밖에 되지 않은 또 다른 젊은 별들이 형성되고 있다. 한편 천문학자들은 “NGC 2444는 나이든 별들로만 채워져 있으며, 충돌 전에 가스를 잃어버렸다”고 말했다.

볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소의 과학자 엘레나 사비는 발표문에서 “이 충돌은 별의 형성과 상호작용하는 은하를 이해할 수 있는 환상적인 샌드박스를 제공한다”고 덧붙였다.

허블의 역대 최고 사진 30선

그러나 허블의 이 사진은 우주에 대한 우리의 눈을 뜨게 한 많은 멋진 사진들의 극히 일부에 지나지 않는다. 스페이스닷컴은 지난달 허블이 촬영한 우주사진 가운데 역대 최고로 꼽히는 60점을 선정해 제시했다. 이 가운데서 허블의 존재감을 여실히 증명한 주목할 만한 우주 사진 30점을 소개한다.

허블 우주 망원경은 1990년 4월 24일 지구 저궤도 559km 상공으로 발사된 대형 천문 관측소이며 이후로 우리에게 경외심을 불러일으키는 다양한 사진을 제공해 왔다.

슈퍼버블(Superbuble)

^{슈퍼버블.(사진=NASA, ESA, 하이델베르크대,미카톨릭대 등)}

이 사진에서 허블 우주 망원경 이미지에서는 희한한 가스 구름과 이상한 ‘초거품(슈퍼버블)이 시야를 지배하고 있다. N44로 알려진 이 성운 또는 가스 구름은 대마젤란운이라고 불리는 근처의 은하계에 위치해 있다.

최초의 빛(First Light)

^{최초의 빛. (사진왼쪽=E. 퍼슨 라스 캄파나스 천문대, 워싱턴 카네기 연구소 천문대. 사진 오른쪽=NASA,ESA,STScI)}

허블 망원경이 우주의 놀라운 사진들을 포착하는 작업을 시작하기 전에 망원경의 첫 번째 일은 기기들을 테스트하고 모든 것이 제대로 작동하는지 확인하는 것이었다. 오른쪽은 허블이 찍은 첫 번째 사진인데, 이 사진은 성단 NGC 3532에 있는 8.2 등급의 별(항성) HD96755에 초점을 맞추고 있다. 왼쪽은 지상 망원경으로 찍은 하늘의 같은 부분 이미지다. 1990년 5월 20일 공개된 허블의 ‘광시야 행성 카메라’는 대기가 시야를 가리는 지구의 천문대와 비교해 허블의 가시성이 향상되었음을 보여준다. 나사는 발표문에서 “허블 망원경의 이상 현상을 설명하더라도 우주 망원경의 이미지(오른쪽)는 지상 관측에서 일반적으로 가능했던 것보다 더 선명하다”고 밝혔다.

별의 검(Stellar sword)

^{별의 검. (사진= ESA,NASA,허블팀)}

허블 우주 망원경이 포착한 멋진 새 사진에서 불타는 푸른 검이 거대한 우주 심장을 꿰뚫는 것처럼 보인다. ‘검’은 ‘IRAS 05491+0247’이라고 불리는 신생 별의 반대편 극에서 우주로 날아가는 과열되고 이온화된 가스의 쌍둥이 제트로 구성돼 있다. 허블 연구팀에 따르면, ‘심장’은 원시별을 둘러싸고 있는 남은 먼지와 가스의 구름이다.

남쪽 게자리 성운(Southern Crab Nebula)

^{남쪽 게자리 성운. (사진=나사, ESA,STScl)}

허블 연구팀은 2019년 우주망원경 29주년을 맞아 모래시계 모양의 남쪽 게성운 사진을 공개했다. 황소자리에서 발견되는 게성운과 달리 남쪽 게성운은 고르지 않은 쌍성계로 만들어진 아름답게 대칭된 구조를 갖는다. 이 시스템에서 별하나는 이미 폭발해 백색 왜성으로 변했다.

참새우 성운(Prawn nebula)

^{참새우 성운.(사진=NASA, ESA 등)}

허블 우주 망원경이 깊은 우주를 떠다니는 참새우 성운의 놀라운 광경을 포착했다. 참새우 성운(IC 4628)은 전갈자리 방향에 있는 방출 성운이다. 성간 가스와 먼지로 이루어진 구름인 성운은 거대한 별 폭발 후에 형성된다. 폭이 250광년 이상으로 뻗어 있는 IC 4628은 새로운 별이 형성되고 있는 거대한 별의 요람으로 여겨진다.

나비 성운(Butterfly Nebula)

^{나비 성운. (사진=NASA, ESA 및 허블 SM4 ERO 팀)}

2009년 허블은 새로운 ‘광시야 카메라 3’을 이용하여 전갈자리 방향으로 날아가는 나비성운 또는 벌레성운으로 알려진 쌍극 성운 ‘NGC 6302’를 발견했다. 나사 우주비행사들은 그 해 정비 임무 동안 새로운 카메라를 설치했고, 이것은 허블이 이 새로운 장비로 찍은 최초의 심우주 사진 중 하나였다.

원숭이머리 성운(Monkey Head Nebula)

^{원숭이 머리 성운.(사진= ESA 및 허블팀)}

허블 우주 망원경으로 본 이 눈부신 심우주 사진은 원숭이 머리 성운(NGC 2174 및 샤플리스 Sh2-252)로 알려진 먼지, 가스, 별들이 뒤엉켜 있는 모습을 보여준다. 원숭이머리 성운은 새로운 별이 풍부하게 형성되는 지역이다. 지구에서 약 6400광년 떨어진 오리온자리에 있다. 이 허블 24주년 기념 사진은 2015년 4월 3일에 공개됐다.

창조의 기둥(Pillars of Creation,2020)

^{창조의 기둥. (사진=NASA, ESA,허블 팀)}

2020년 허블 과학자들은 허블 우주 망원경으로 찍은 가장 상징적인 이미지 중 하나를 다시 방문했고, 적외선 촬영사진으로 믿을 수 없는 디테일을 보여주었다. 독수리 성운의 ‘창조의 기둥’으로 불리는 이 사진은 1995년 허블이 찍은 것이다. 코끼리 코 모양을 가진 이 상징적인 허블 사진은 믿을 수 없을 정도로 단일한 성간 먼지와 가스로 이루어진 별이 형성되는 지역이다.

창조의 기둥(Pillars of Creation,오리지널)

^{창조의 기둥.(사진= ASA, ESA. 허블팀)}

가장 유명한 허블 사진 중 하나는 우주 먼지와 가스의 거대한 줄기 세 개를 특징으로 하는 ‘창조의 기둥’으로 불리는 사진이다. 공식적으로 ‘메시에 16(M16)’으로 명명된 이 성운은 더 큰 독수리 성운의 일부이다. 허블은 1995년에 원본 사진을 찍었고, 20년 후 새로운 카메라로 사진을 찍었다. 이 버전의 사진은 2015년 허블 25주년을 기념하기 위해 공개됐다.

우주의 유령(A ghost in space)

우주의 유령. (사진=NASA,ESA,워싱턴대)

나사가 2019년 10월 28일 할로윈에 맞춰 공개한 이 허블 망원경 사진에서 빛나는 눈을 가진 무시무시한 얼굴이 깊은 우주를 응시하고 있다. 이 으스스한 우주얼굴의 꿰뚫어보는 듯한 눈은 정면 충돌 중에 있는 멀리 떨어진 두 은하의 밝은 중심부이며, 각각의 은하 원반에서 떨어져 나온 혼란스런 별들로 둘러싸여 있다.

아인슈타인 고리(Einstein ring)

^{아인슈타인 고리. (사진=NASA,ESA,허블)}

이 입이 떡 벌어지게 하는 ‘아인슈타인 고리’ 사진은 우주의 먼 곳에서 오는 빛을 확대해서 보여주고 있다. 이 사진에서 지구에서 약 34억 광년 떨어져 있는 두 은하는 뒤틀리고 훨씬 더 먼 은하로부터 오는 빛을 꺾는다. 그로부터 나오는 패턴은 이미 1915년에 앨버트 아인슈타인에 의해 예측된(빛이 중력에 의해 왜곡된다) 것인데, 6개의 빛의 지점을 보여준다. 두 개는 중심에 모여 있고 네 개는 왜곡된 빛의 고리 주위에 꿰어져 있다. 그러나 이 밝은 6개의 점들은 6개의 은하에서 온 것이 아니라 3개의 은하에서 온 것이다. 고리 중심에 있는 2개, 그리고 3번째 것이 그것인데 세 번째 것은 먼 퀘이사에서 온 것으로서 너무 많이 구부러져 4개로 보인다.

솜브레로(멕시코모자) 은하(Sombrero Galaxy)

^{솜브레로 은하. (사진=NASA,ESA,허블 헤리티지 팀, STScI, 천문학연구대학 연합(AURA))}

솜브레로 은하로도 알려진 NGC 4594의 가장자리 사진은 두꺼운 먼지 통로에 둘러싸인 빛나는 흰색 핵을 보여준다. 2017년에 공개된 이 사진은 허블 관측으로 조립된 가장 큰 모자이크 중 하나다.

천국의 화환(A celestial wreath)

^{천국의 화환.(사진NASA,ESA,허블 헤리티지 팀(STScI,AURA))}

2013년 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 6주 주기로 주기적으로 밝아지고 어두워지는 세페이드 변광성 ‘RS 퍼피스(Puppis)’를 보여준다.

거품 성운(The Bubble Nebula)

^{거품 성운.(사진=NASA,ESA,허블 헤리티지 팀)}

지구로부터 약 8000광년 떨어진 카시오페이아 자리에는 크고 둥근 방출성운 ‘NGC 7635’가 떠 있다. 이는 ‘거품성운’이라는 별명으로도 잘 알려져 있다. 허블 팀은 2016년 망원경의 26주년을 기념하기 위해 이 버블 성운의 이미지를 공개했다.

두 개의 나선은하(Two spiral galaxies)

^{두 개의 나선은하. (사진=NASA,ESA,STScI)}

1990년 4월 24일 천문학자들은 나사 허블 우주 망원경 발사 27주년을 기념하기 위해 이 전설적인 망원경을 놀라운 한 쌍의 나선은하 초상화 사진 촬영에 사용했다. 가장자리에 있는 은하는 ‘NGC 4302’로 불리며, 기울어진 은하는 ‘NGC 4298’이라고 불린다.

독거미 성운(Tarantula Nebula)

^{독거미 성운. (사진=NASA,ESA,STScI)}

이 허블망원경 적외선 사진은 기괴하게 기어다니는 ‘독거미(타란툴라) 성운’으로 알려진 우주의 모습을 보여준다. 이 지역은 성단, 빛나는 가스, 두껍고 어두운 먼지로 가득 차 있다. 2014년 1월 9일 발표됐다.

말머리 성운(Horsehead Nebula)

^{말머리 성운. (사진=NASA,ESA,허블 헤리티지 팀)}

허블 망원경 23주년을 기념하기 위해 촬영돼 공개된 이 새로운 허블 사진은 오리온자리 하늘의 일부를 보여준다. 먼지와 가스의 소용돌이치는 파도 속에서 거대한 해마처럼 솟아오르는 것이 ‘바너드(Barnard) 33’으로 알려진 ‘말머리 성운’이다. 2013년 4월 19일 발표됐다.

NGC 2936

^{NGC 2936. (사진=NASA,ESA,허블 헤리티지 팀(STScI,AURA))}

이 사진은 상호작용하는 두 은하를 보여준다. ‘NGC 2936’은 한때 표준 나선은하였고 NGC 2937은 더 작은 타원 은하로, 펭귄이 알을 지키는 모습과 매우 흡사하다. 사진은 2013년 6월 20일에 공개됐다.

샤프리스 2-106(Sharpless 2-106)

^{샤프리스 2-106. (사진=NASA,ESA,허블 헤리티지 팀)}

쌍극성 별 형성 지역인 ‘샤플리스 2-106’은 허블 우주 망원경으로 바라본 이 멋진 풍경에서 하늘로 솟아오르는 천상의 ‘눈 천사’처럼 보인다. 성운의 펼친 날개는 더 차가운 매질을 배경으로 열과 움직임의 대조적인 흔적을 기록한다. 이 사진에서 푸른색으로 빛나는 두 개의 아주 뜨거운 가스 돌출부가 중심별에서 바깥쪽으로 뻗어 있다. 이 뜨거운 가스는 이 천사의 날개를 만든다. 별 주위를 돌고 있는 먼지와 가스의 고리가 띠처럼 작용해 팽창하는 성운을 조이면서 모래시계 모양으로 움츠러들게 한다. 이 사진은 2011년 12월 15일에 공개됐다.

목걸이 성운(Necklace Nebula)

^{목걸이 성운.(사진=NASA,ESA,허블 헤리티지 팀)}

목걸이 성운은 1만5000광년 떨어진 궁수자리에 있다. 이 합성 사진은 2011년 7월 2일 허블 우주 망원경의 광시야 카메라 3에 의해 촬영됐다.

쌍극성 행성모양 성운 PN Hb12(Bipolar Planetary Nebula PN Hb 12)

^{쌍극성 행성모양 성운 PN Hb12. (사진= NASA,ESA,조쉬 배링턴)}

이 사진은 ‘쌍극성 행성모양 성운’의 예를 보여준다. 허블 12로 알려져 있고 ‘PN G111.8-02.8’로 목록화돼 있는 이 천체는 카시오페이아 자리에 있다. 나비나 모래시계를 연상케 하는 이 성운의 놀라운 모양은 태양과 같은 별이 수명을 다해 주변 공간으로 바깥층을 뿜어내면서 형성됐다. 쌍극성 성운의 경우 이 물질은 노화된 별의 극 쪽으로 흘러들어가 독특한 이중 돌출 구조를 형성한다.

혜성21.(Comet21/Borisov)

혜성21.(사진=NASA,ESA,UCLA D 쥬잇)

허블 우주망원경은 행성 간 천체인 ‘혜성21/보리소브’를 지난 2019년 10월 12일 촬영했다.

흩뿌려진 별 무리(Sprinkle of stars)

흩뿌려진 별 무리. (사진=ESA,NASA, 허블팀)

2021년 12월 20일, 허블 우주 망원경 팀은 이 상징적인 천문대가 남쪽 하늘의 황새치(Dorado) 별자리를 바라볼 때 찍은 사진을 발표했다. 천문학자들은 이 별무리를 ‘NGC 1755’라고 부른다. ESA 관계자들에 따르면 이 산개성단(散開星團, Open clusteropen cluster)은 “검은색 식탁보 위에 두 손가락으로 찝어서 약간만 올려놓은 정도의 소금을 닮아 있다”고 말한다.

아이손 혜성(Comet ISON)

^{아이손 혜성. (사진=NASA,ESA, 행성과학연구소 J.Y. 리, 허블 아이손 혜성 영상과학팀)}

2013년 4월 10일 촬영된 아이손 혜성은 태양으로부터 3억 8600만 마일(약 6억 2120만km) 떨어져 있어 목성궤도보다 약간 가까웠고 지구로부터는 3억 9400만 마일(약 6억 3408만km) 떨어져 있었다.

6개의 꼬리를 가진 소행성(An asteroid with six tails)

^{6개의 꼬리를 가진 소행성.(사진=NASA,ESA,허블 팀)}

‘P/2013 P5’로 명명된 이 천체는 소행성대에서 처음으로 발견된 여러 개의 꼬리를 가진 천체이다. 2013년 9월 10일 허블우주망원경이 촬영한 최초 사진과 2013년 9월 23일 2차 관측 사이에 꼬리가 흔들린 것으로 보인다.

소행성 붕괴(An asteroid breakup)

^{소행성 붕괴. (사진= NASA,ESA,UCLA D. 쥬잇)}

이 일련의 사진들은 2013년 허블 우주 망원경이 관측한 소행성 ‘P/2013 R3’가 산산조각 나는 모ㄹ습을 보여준다. 이 사진은 그런 천체가 이런 식으로 부서지는 것을 처음 촬영한 것이다. 2014년 3월 6일에 공개됐다.

센타우루스 A(Centaurus A)

센타우루스. (사진=NASA,ESA,STScI,AURA. 버지니아대 오코넬, WFC3 과학감독위)

ESA에 따르면 NASA 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 ‘센타우루스 은하 A’를 전례없이 자세하게 보여준다. 이 사진은 가시광선, 자외선, 근적외선 스펙트럼의 특징을 보여주는 합성사진이다.

소용돌이 은하(The Whirlpool Galaxy)

소용돌이 은하(사진=NASA,ESA, 톨레도대 M. 레건, B. 휘트모어.R. 찬다르, S 벡위드,허블 헤리티지 팀,STScI,AURA)

일명 ‘나선은하 M51’인 ‘소용돌이 은하’는 근적외선으로 관측할 때 새로운 모습을 보여준다. 대부분의 별빛이 제거된 이 사진은 은하의 먼지 구조를 선명하게 보여준다.

카시오페이아의 유령(Ghost of Cassiopeia)

^{카시오페이아의 유령. (사진=ESA,허블팀,NASA)}

2018년 허블우주망원경이 포착한 이 섬뜩한 사진에서 서서히 침식되고 있는 가스와 먼지 구름인 ‘카시오페이아의 유령’은 희미한 아지랑이를 형성하고 있다. ‘IC 63’으로 알려진 이 유령 성운은 지구에서 약 550광년 떨어져 있다. 이 별은 수소-알파 복사를 방출하며 근처에 있는 강력한 별 카시오페이아의 차가운 푸른 빛을 반사한다. 이 성운의 높이는 약 0.31 광년이고 너비는 0.23 광년이다.

NGC 1022

^{NGC 1022. (사진=ESA,NASA,허블팀 A.세스)}

막대나선은하 ‘NGC 1022’는 NASA가 2020년 1월에 공개한 허블우주망원경의 이 사진에서 어둡고 붉은 먼지 덩굴손을 과시하고 있다. 대부분의 막대나선은하가 중심에 뚜렷한 별 막대를 가지고 있는 반면, NGC 1022 내부의 막대는 구별하기가 조금 더 어렵다. 희미한 특징을 찾으려면 양쪽 끝에서 소용돌이치는 팔을 찾아야 한다. 허블은 이 NGC 1022의 사진을 (전부는 아니더라도) 이 은하처럼 대부분의 나선은하 중심에 있는 블랙홀 연구의 일환으로 촬영했다.

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