저질량 별은 밝기가 매우 약하기 때문에 개별적으로 보이지는 않는다. 하지만 이들이 남기는 집단적인 분광 흔적을 분석하면 은하의 별 질량 분포를 추정할 수 있다.

우리은하보다 ‘저질량 별’이 많았다

관측 결과는 아홉 은하 모두에서 우리은하와 비교해 저질량 별이 과도하게 많다는 것을 보여줬다. 다시 말해 이 은하들의 IMF는 저질량 편향을 보였다.

이 결과가 중요한 이유는 저질량 별이 은하의 빛에는 거의 기여하지 않지만, 전체 별 질량에는 상당한 몫을 차지할 수 있기 때문이다. 우리은하와 비슷한 IMF를 전제로 한 기존 질량 추정은 이런 ‘어두운 질량’을 놓쳤을 가능성이 있다.

특히 표본에서 가장 오래된 두 은하에 측정된 IMF를 적용하자, 추정 별 질량이 기존 계산보다 3~4배 증가했다. 이 두 은하는 제임스 웹이 발견한 이른바 ‘불가능할 정도로 이른’ 성숙 은하들의 후손으로 해석된다.

초기 우주 은하의 수수께끼가 더 커졌다

제임스 웹은 우주가 탄생한 지 얼마 지나지 않은 시기에 이미 거대하고 진화한 은하들이 존재했다는 증거를 잇달아 제시하고 있다. 예를 들어 GS-9209는 빅뱅 후 약 12억 5천만 년 시점에 존재한 거대 정지 은하로 분광학적으로 확인됐다.

이처럼 짧은 시간 안에 많은 별을 만들고 성장을 끝낸 은하들은 기존 은하 형성 모형에 부담을 줬다. 그런데 실제 별 질량이 지금까지의 추정보다 3~4배 많다면, 이 은하들은 더 짧은 시간에 더 많은 물질을 별로 바꿔야 했다는 뜻이다. 따라서 이번 결과는 초기 거대 은하 문제를 해결하기보다 오히려 긴장을 강화한다.

다만 이번 연구가 적색편이 10 이상인 가장 초기 은하의 IMF를 직접 측정한 것은 아니다. 이번에 견고하게 측정된 대상은 적색편이 약 0.7의 은하들이며, 약 5억 년 이내의 ‘극도로 이른’ 은하에 대한 연결은 연구 결과를 바탕으로 한 외삽이다.

행성의 수에도 영향을 줄까

저질량 별은 수명이 매우 길고, 행성이 형성될 수 있는 주요 별 후보이기도 하다. 만약 저질량 편향 IMF가 젊은 우주에서 흔한 현상이었다면, 기존의 우리은하식 IMF 가정으로 계산한 것보다 초기 우주에 형성된 행성계의 잠재적 수가 많을 가능성이 있다. 다만 이번 연구는 행성의 실제 발생률을 측정한 것은 아니다.

연구팀은 앞으로 같은 방식의 초심층 광대역 분광 관측을 더 높은 적색편이의 은하들에 적용할 계획이다. 궁극적으로는 최초의 별들이 태어나던 시기에 가까운 은하까지 조사해, 저질량 별의 초과가 초기 은하 전반의 특징이었는지를 확인할 예정이다. 제임스 웹은 우주 팽창으로 적색편이된 IMF 민감 분광 특징을 적외선 영역에서 포착할 수 있어 이 검증에 중요한 역할을 한다.

저질량 별은 밝기가 매우 약하기 때문에 개별적으로 보이지는 않는다. 하지만 이들이 남기는 집단적인 분광 흔적을 분석하면 은하의 별 질량 분포를 추정할 수 있다.

우리은하보다 ‘저질량 별’이 많았다

관측 결과는 아홉 은하 모두에서 우리은하와 비교해 저질량 별이 과도하게 많다는 것을 보여줬다. 다시 말해 이 은하들의 IMF는 저질량 편향을 보였다.

이 결과가 중요한 이유는 저질량 별이 은하의 빛에는 거의 기여하지 않지만, 전체 별 질량에는 상당한 몫을 차지할 수 있기 때문이다. 우리은하와 비슷한 IMF를 전제로 한 기존 질량 추정은 이런 ‘어두운 질량’을 놓쳤을 가능성이 있다.

특히 표본에서 가장 오래된 두 은하에 측정된 IMF를 적용하자, 추정 별 질량이 기존 계산보다 3~4배 증가했다. 이 두 은하는 제임스 웹이 발견한 이른바 ‘불가능할 정도로 이른’ 성숙 은하들의 후손으로 해석된다.

초기 우주 은하의 수수께끼가 더 커졌다

제임스 웹은 우주가 탄생한 지 얼마 지나지 않은 시기에 이미 거대하고 진화한 은하들이 존재했다는 증거를 잇달아 제시하고 있다. 예를 들어 GS-9209는 빅뱅 후 약 12억 5천만 년 시점에 존재한 거대 정지 은하로 분광학적으로 확인됐다.

이처럼 짧은 시간 안에 많은 별을 만들고 성장을 끝낸 은하들은 기존 은하 형성 모형에 부담을 줬다. 그런데 실제 별 질량이 지금까지의 추정보다 3~4배 많다면, 이 은하들은 더 짧은 시간에 더 많은 물질을 별로 바꿔야 했다는 뜻이다. 따라서 이번 결과는 초기 거대 은하 문제를 해결하기보다 오히려 긴장을 강화한다.

다만 이번 연구가 적색편이 10 이상인 가장 초기 은하의 IMF를 직접 측정한 것은 아니다. 이번에 견고하게 측정된 대상은 적색편이 약 0.7의 은하들이며, 약 5억 년 이내의 ‘극도로 이른’ 은하에 대한 연결은 연구 결과를 바탕으로 한 외삽이다.

행성의 수에도 영향을 줄까

저질량 별은 수명이 매우 길고, 행성이 형성될 수 있는 주요 별 후보이기도 하다. 만약 저질량 편향 IMF가 젊은 우주에서 흔한 현상이었다면, 기존의 우리은하식 IMF 가정으로 계산한 것보다 초기 우주에 형성된 행성계의 잠재적 수가 많을 가능성이 있다. 다만 이번 연구는 행성의 실제 발생률을 측정한 것은 아니다.

연구팀은 앞으로 같은 방식의 초심층 광대역 분광 관측을 더 높은 적색편이의 은하들에 적용할 계획이다. 궁극적으로는 최초의 별들이 태어나던 시기에 가까운 은하까지 조사해, 저질량 별의 초과가 초기 은하 전반의 특징이었는지를 확인할 예정이다. 제임스 웹은 우주 팽창으로 적색편이된 IMF 민감 분광 특징을 적외선 영역에서 포착할 수 있어 이 검증에 중요한 역할을 한다.