우주 정오의 숨은 괴물들: NASA 스피어엑스, 77개의 극도로 붉게 물든 퀘이사 발견

약 100억 년 전, ‘우주의 정오(Cosmic Noon)’라 불리는 별과 은하 생성의 황금기가 펼쳐지고 있었습니다. 바로 이 시기, 우주 곳곳에서는 보이지 않는 격변이 일어나고 있었습니다. 최근 NASA의 스피어엑스(SPHEREx) 우주 망원경이 이 시기의 ‘숨은 괴물들’을 대거 포착하며 그 비밀을 밝혀냈습니다. 2026년 5월 공개된 연구 “Hidden Monsters with SPHEREx I: A goldmine for heavily reddened quasars at cosmic noon” 에 따르면, 스피어엑스는 무려 77개의 새로운 ‘극도로 붉게 물든 퀘이사(Heavily Reddened Quasars, 이하 HRQ)’를 발견했습니다 .

먼지에 가려 보이지 않던 '붉은 괴물', 어떻게 찾아냈나?

기존의 가시광선을 이용한 광학 망원경으로는 두꺼운 먼지에 싸인 천체들을 관측하기 어려웠습니다. 먼지가 별빛을 흡수하고 산란시켜 우리 눈에 보이지 않게 만들기 때문입니다. 그러나 스피어엑스는 다릅니다. 이 우주 망원경은 인간의 눈에 보이지 않는 근적외선으로 전 하늘을 102가지 색깔(파장)로 촬영하여 입체적인 분광 지도를 만듭니다 . 근적외선 분광 기술은 먼지에 가려진 천체의 빛을 분석하는 데 특화되어 있어, 마치 X-ray로 우리 몸속을 보듯 우주의 먼지 장막 뒤에 숨은 천체들을 드러낼 수 있습니다 .

연구팀은 스피어엑스의 분광 데이터를 이용해 HRQ 후보들을 찾았고, 이들이 강력한 빛을 뿜지만 먼지에 의해 극도로 붉게 보이는 ‘넓은 방출선 퀘이사’임을 확인하고 그 거리(적색편이)까지 측정하는 데 성공했습니다 . 그 결과, 적색편이 1.5에서 3.9 사이(우주 나이 약 16억 년에서 43억 년 시점)에 존재하는 77개의 새로운 HRQ를 확인했으며, 이는 기존에 알려진 해당 시기 HRQ의 수를 두 배 이상 늘린 쾌거입니다 . 특히 적색편이 3 이상인, 더 먼 초기 우주에서는 사상 최초로 7개의 HRQ를 찾아내기도 했습니다 .

은하 진화의 ‘잃어버린 고리’, ‘블로우 아웃’ 단계를 목격하다

이 붉은 퀘이사들은 왜 중요할까요? 이들은 은하 중심부의 초거대 블랙홀이 급격히 성장하는 짧고 격렬한 '블로우 아웃(Blow-out)' 단계에 있는 것으로 추정됩니다 . 마치 태풍의 눈처럼, 이 시기의 블랙홀은 주변의 먼지와 가스를 미친 듯이 빨아들이며 강력한 빛을 내뿜지만, 정작 그 물질들에 둘러싸여 외부에서는 잘 보이지 않는 상태입니다 .

현재 가장 유력한 은하 진화 이론은 이 ‘블로우 아웃’ 과정을 다음과 같이 설명합니다 .

1. 충돌과 유입: 두 은하가 충돌하는 등 큰 사건이 발생하면, 막대한 양의 가스가 은하 중심으로 쓸려 들어가 폭발적인 별 생성(일명 ‘스타버스트’)과 블랙홀 성장을 동시에 촉발합니다 .
2. 은폐: 중심부의 블랙홀은 주변의 먼지와 가스에 깊숙이 파묻혀 ‘극도로 붉게 물든 퀘이사(HRQ)’ 상태가 됩니다 .
3. 피드백과 정화: 급격한 물질 흡수로 인해 블랙홀은 강력한 에너지와 물질 분출(피드백)을 일으킵니다. 이 에너지가 마치 강력한 바람처럼 주변의 먼지와 가스를 밀어내고 가열하여, 숨겨져 있던 퀘이사를 서서히 드러내기 시작합니다 .
4. 진화의 다음 단계: 먼지 장막이 걷히면, 이 퀘이사는 점차 우리가 흔히 아는 덜 가려진 ‘고전적’ 퀘이사 단계로 진화할 수 있습니다. 물론 모든 퀘이사가 정확히 같은 진화 경로를 따르는 것은 아닙니다 .

이 ‘블로우 아웃’ 단계는 우주적으로 매우 짧은 시간 동안(수백만 년 이내) 일어나기 때문에, 이런 상태의 천체를 포착하는 것은 극히 드문 일입니다 . 이번에 스피어엑스가 대량의 HRQ를 발견한 것은 이 희귀한 전환기를 연구할 수 있는 획기적인 표본을 제공한 것입니다.

우주 진화의 열쇠를 쥔 '숨은 괴물들'

HRQ는 단순한 ‘먼지 낀 퀘이사’ 그 이상의 의미를 갖습니다. 이들은 은하의 운명을 결정짓는 중요한 갈림길에 서 있습니다. 블랙홀의 ‘피드백’ 과정은 주변 가스를 가열하거나 날려버림으로써 별의 생성을 멈추게 하고, 결과적으로 은하의 성장을 조절하는 것으로 알려져 있습니다 .

따라서 HRQ의 ‘블로우 아웃’ 단계는 은하가 왕성하게 별을 만드는 시기(스타버스트)에서, 별 생성이 멈춘 조용한 ‘적색 은하’로 넘어가는 변곡점일 가능성이 높습니다. 스피어엑스가 밝혀낸 이 77개의 숨은 괴물들은 은하의 '젊은 시절'과 '중년기'를 잇는 결정적 순간을 보여주는 타임캡슐인 셈입니다 .

스피어엑스가 제공하는 방대한 데이터는 앞으로 과학자들이 이 매혹적인 ‘블로우 아웃’ 가설을 시험하고, 블랙홀이 어떻게 은하라는 거대한 구조물의 생성과 진화에 영향을 미치는지에 대한 더 깊은 비밀을 풀어내는 데 결정적인 역할을 할 것입니다.