세상을 경악하게 한 허블 망원경 속 검은 하늘의 정체

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밤 하늘의 별

미국의 작가 폴 호켄은 이런 말을 했었습니다. “하늘에 별이 천년에 한 번 나타났다면, 사람들은 모두 모여 별을 바라보고 황홀경에 빠졌을 것이다. 하지만 별은 매일 밤 하늘에 떠 있고, 사람들은 TV를 본다” 그대는 밤하늘에서 무엇을 보시나요?
 
고개를 들어 하늘을 보고 한 변이 1mm 정도 되는 작은 사각형을 만들어보세요. 사실 이것도 너무 큽니다. 바늘이 있다면 팔을 쭉 뻗어 하늘에 대보면 저 바늘구멍으로 무엇이 보이는가요? 당연히 시커먼 하늘밖에 보이지 않습니다. 그렇다면 세상에서 제일 좋은 눈으로 이곳을 바라본다면, 뭐가 보일까요?

허블망원경

허블망원경이라고 들어 보셨을 겁니다. 영화 그래비티에서 등장하기도 했던 거대 망원경으로, 천문학에서 없어서는 안 되는 13.2m 의 우주망원경입니다. 허블망원경은 1990년 처음으로, 우주에 있는 천체를 관찰하기 위해 궤도에 올려졌습니다. 말 그대로 별을 관찰하기 위해 별에 초점을 맞췄고, 행성을 관찰하기 위해선 행성에 초점을 맞췄습니다.
 
그러다 1993년, 로버트 윌리엄이라는 야망 찬 천문학자가 허블망원경의 총 책임자에 자리하게 되면서 처음으로 천체가 아닌 다른 곳에 관심을 갖기 시작하였습니다. 그가 보고 싶어 했던 것은, 별도 아니고, 행성도 아니고, 은하도 아니었습니다. 그의 관심은 저 검은 하늘에 있었습니다. 그런데 이건 미친 생각이었습니다. 수 조원이 들어간 망원경인데다가, 이렇다 할 결과물이 안 나와 언론에서는 강한 질타를 하고 있었고, 하루 빨리 무엇인가를 촬영해 성과를 보여줘야 하는 상황이었기 때문이었습니다. 게다가 전 세계 천문학자들이 앞 다퉈 사용하고 싶어 하는 이 망원경으로 빈 공간을 보겠다니!!


찬란했던 우리의 과거

출처 – ‘NASA, ESA’

그러나 로버트 윌리엄은 굳은 신념을 가지고 마침내 결정을 내렸습니다. 1995년 그가 이끄는 허블망원경팀은 처음으로 저 검은 하늘을 내다보았습니다. 아무것도 없어 보이는 저 하늘로 망원경을 돌리고, 최대한 멀리 보기 위해 바늘구멍 만한 면적에 초점을 맞췄습니다. 그리고 장작 10일 동안 저곳에서 나오는 빛을 모두 모아 이미지 촬영을 하였습니다. 그리고 그렇게 나온 결과가 세상을 충격에 빠뜨렸습니다. 왜냐하면 저 작은 하늘에서 3천 개의 은하가 찍혔습니다. 허블망원경이 촬영한 이 사진에서 앞에 있는 별 몇 개를 제외하고 반짝이는 모든 점이 다 은하입니다. 정말 경악스러운 사진이었습니다.
 
“혹시 우리가 조금 특이한 부분을 촬영한 건 아닐까요? 다른 곳을 촬영하면 다른 결과가 나오는 것 아닐까요?” 믿기 힘든 결과에 허블망원경팀은 이곳도 촬영해보고, 저곳도 촬영해보았지만 결과는 모두 같았습니다. 세상에서 가장 좋은 눈으로 먼 곳까지 볼 수 있게 되자, 검은 하늘에서 은하가 빼곡하게 나타났던 것입니다. 그리고 이 사진은 2014년, 처음으로 대중에 공개된 사진입니다. 장작 4개월 동안 촬영한 이 사진에는, 은하가 무려 만 개가 찍혀 있습니다. 저 작은 점 하나하나가 모두 은하입니다. 그리고 재미있는 건 저 은하 하나에 약 2,000억 개의 별이 있다는 사실입니다.

허블망원경이 촬영한 이 사진은 130억 광년 거리까지 찍은 사진입니다. 저 멀리 130억 년 전부터 날아온 빛까지 모두 담았다는 것입니다. 다시 말해, 저 멀리 있는 은하의 모습은 130억 년 전 은하의 모습이라는 것입니다. 참고로 빅뱅은 137억 년 전에 일어났습니다. 빅뱅이 터지고 137억 년 후에 이곳에서 태어난 우리는 다시 뒤를 돌아보며 이 모든 것이 어떻게 시작되었는지 되돌아보고 있었던 것입니다. 이 사진은, 우리의 과거를 보여주는 사진입니다.

별의 탄생과 죽음

초창기 우주는 가장 가벼운 원소인 수소로 가득 차 있었습니다. 그러다 중력으로 인해 수소 먼지들이 서로 뭉치고 부딪 끼며 열을 냈는데, 그 온도가 일정치를 넘자 수소 원자 4개가 뭉쳐 헬륨 원자 1개로 변했습니다. 조금 더 무거워진 원소가 탄생한 것입니다. 이렇게 가벼운 원자가 무거운 원자로 바뀔 때는 항상 질량이 조금씩 손실되는데, 이 손실된 질량은 유명한 아인슈타인의 공식 E=mc2 을 통해 에너지로 바뀌어 빛을 냅니다. 그리고 우리는 이렇게 빛을 내는 먼지 덩어리를 “별” 이라고 부릅니다.

별은, 가벼운 원자를 무거운 원자로 만드는 용광로와 같습니다. 그런데 이렇게 무거운 원자를 만들며 열심히 살던 별도, 수명을 다하고 나면 죽게 됩니다. 어마어마한 질량에 가해지는 중력의 힘을 이기지 못하고 결국 안으로 무너져버립니다. 이때 발생하는 엄청난 충격은 강력한 폭발을 일으키고 우주에 흔적을 남기는데, 그 힘이 어느 정도 되냐 하면, 이 죽는 별 한 개가 폭발할 때 나오는 빛은 은하 한 개에 있는 모든 별의 빛을 합친 것과 같습니다. 수명을 다한 별은 이렇게 폭발과 함께 마지막 빛을 한껏 내고 작렬하게 사라집니다. 우리는 이 별의 마지막 폭발을 초신성, 또는 슈퍼노바라고 부릅니다. 그리고 이게 우리가 탄생하게 된 이유입니다.

별의 변화

원자를 열심히 만들던 별은, 수명이 다하면 폭발과 함께 자신이 만들던 무거운 원자를 멀리 우주에 흩뿌려버립니다. 이렇게 흩뿌려진 원자는 중력으로 인해 다시 뭉치고 부딪 끼며 또 다른 별이 되고, 그 별은 다시 더욱 무거운 원자를 만듭니다. 별은 죽었다가 태어나기를 반복하면서 계속해서 우주에 무거운 원자를 만들어가는 것입니다. 이렇게 만들어진 원자들은 서로 뭉쳐 작은 별(baby star)이 되기도 하고, 푸른빛이 흐르는 지구가 되기도 합니다. 그리고 때로는 살아 숨 쉬는 생명체가 되기도 합니다.

“우리는 별의 자식이다”라고 하는 천문학자의 말을 들어본 적 있는가요? 모든 생명체의 필수 원소라고 불리는 CHNOPS가 있습니다. 이 중에서 인간이라는 생명체의 96.2%는  탄소, 수소, 질소, 산소 딱 이 네 개의 원소로 이루어져 있습니다. 시적인 표현을 하려는 게 아니라 우리는 별 가루로 만들어진 별의 자식입니다. 우리는 우주입니다. 별의 죽음으로 태어나 과학이라는 도구를 이용해 우주를 관찰하고, 상상하며 내가 어디에서 왔고 이 세상은 무엇이고 나는 이제 어디로 가는지 생각하는 우주입니다. 철학자 앨런 와츠는 이렇게 말했습니다. “우리의 눈을 통해 우주는 우주를 바라보고, 우리의 귀를 통해 우주는 우주를 듣는다. 우리는, 우주가 우주 자신의 장엄함을 인지할 수 있게 해주는 관찰자들이다.”

우리는 서로 다른 별일 것이다.
우리들 자체가 바로 우주다.

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