관측 사상 가장 먼 la형 초신성 'SN 2023adsy'가 표준광원의 성질을 가진 것으로 판명됐다. la형 초신성은 폭발 시 밝기가 일정하다는 성질 때문에 겉보기 밝기와 진정한 밝기를 비교해 거리를 측정하는 표준광원으로 많이 사용된다.
미국 우주망원경과학연구소(STScI)는 최근 이 같은 내용을 담은 관측 보고서를 발표했다. STScI 연구팀은 제임스웹우주망원경의 초신성 'SN 2023adsy' 관측 정보를 분석해 이런 사실을 알아냈다.
제임스웹우주망원경이 밝혀낸 비밀은 2가지다. 우선 'SN 2023adsy'가 지구로부터 약 209억 광년이나 떨어진 가장 먼 la형 초신성이라는 사실이다. 또한 이 초신성이 아득히 먼 거리에도 Ia형 초신성의 기본적인 성질 대부분을 유지하고 있음이 확인됐다.
조사 관계자는 "먼 우주의 천체까지 거리를 측정하는 것은 일반적으로 어렵다. 천체 대부분은 빛의 밝기나 파장마다 강도가 달라 수천 광년 이내의 어두운 천체와 수십억 광년 너머의 밝은 천체가 구별되지 않는다"며 "이 때문에 같은 거리에서 봤을 때 밝기가 항상 같은 천체를 표준광원으로 이용한다"고 설명했다.
전통적으로 표준광원으로 사용돼온 la형 초신성은 백색왜성에 다른 천체의 물질이 공급되면서 발생한다. 백색왜성은 태양 정도의 가벼운 항성이 중심핵의 핵융합 반응을 마친 뒤 남겨지며, 아무 에너지를 생산하지 않고 조금씩 식어간다.
다만 근처에 다른 항성에서 물질이 공급돼 백색왜성 주위에 쌓이면 멈췄던 핵융합 반응이 재개된다. 이때 발생하는 반응은 매우 빨라 태양이 100억 년에 걸쳐 방출하는 것과 같은 에너지를 뿜어낸다. 이를 멀리서 보면 갑작스러운 폭발 현상으로 매우 밝은 별이 출현한 것처럼 보인다.
la형 초신성이 거리와 관계 없이 표준광원으로 성립하지 않는다는 논란도 계속된다. 지금까지 확실히 la형 초신성이 발견되는 범위는 약 152억 광년까지였다. 2022년 7월 데뷔한 제임스웹우주망원경은 이보다 먼 약 183억 광년까지 la형 초신성 7개를 잡아냈는데, 아직 표준광원으로 인정되지 않았다.
조사 관계자는 "논란의 핵심은 먼 우주의 la형 초신성의 빛이 우주의 팽창과 함께 빛의 파장이 지연되는 적색편이의 영향을 받는다는 것"이라며 "허블망원경을 비롯한 고성능 망원경도 먼 곳의 la형 초신성에서 적색편이한 빛의 파장에 대응하지 않거나 감도가 나빠 연구가 어려웠다"고 전했다.
연구팀은 제임스웹우주망원경이 잡아낸 la형 초신성들을 면밀하게 분석했다. 특히 'JADES-GS+53.13485-27.82088' 은하 안에서 발견된 초신성 'SN 2023adsy'가 분석 대상이 됐다. 그 결과 'SN 2023adsy'의 빛은 매우 큰 적색편이를 받음에도 la형 초신성에 일치하는 밝기와 스펙트럼을 가졌음을 알 수 있었다.
조사 관계자는 "'SN 2023adsy'의 적색편이 값은 지구에서 약 209억 광년, 지금으로부터 약 115억 년 전 우주시대에 해당한다"며 "'SN 2023adsy'는 관측 사상 가장 먼 la형 초신성이며, 이 정도 거리에서도 la형 초신성은 표준광원의 성질을 잃지 않는다는 것을 알 수 있었다"고 의미를 부여했다.
이어 "'SN 2023adsy'의 빛은 적색편이를 고려해도 붉다. 이는 은하 안에 포함된 먼지 등 다른 원인이 아니라 실제로 붉은 빛을 내고 있기 때문"이라며 "이 천체의 폭발시 팽창 속도는 일반적인 la형 초신성보다 빠른 초속 약 1만9000㎞로, 그 이유는 아직 모른다"고 덧붙였다.
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
