가장 먼 원시 초은하단 COSMOS-z3.1-A, 거대 은하단의 탄생 장면을 보여주다

COSMOS-z3.1-A는 아직 완성되지 않은 **원시 초은하단(proto-supercluster)**이다. 관측 당시 우주의 나이는 약 21억 년이었으며, 지금까지 확인된 은하 초은하단 조상 가운데 가장 먼 사례로 소개됐다. 이는 오늘날의 초거대 은하단이 어떤 중간 단계를 거쳐 만들어졌는지를 직접 들여다볼 기회를 제공한다. 129

우리은하의 약 5,000배… 미래에는 머리털자리 은하단을 넘어설 가능성

연구진은 COSMOS-z3.1-A의 질량을 우리은하의 약 5,000배로 추정했다. 은하 밀도와 시뮬레이션을 활용한 후손 질량 추정에 따르면, 이 구조는 시간이 흐른 뒤 가까운 우주에서 가장 거대한 은하단 가운데 하나인 **머리털자리 은하단(Coma Cluster)**보다 무거운 계로 진화할 수 있다. 92

다만 이는 COSMOS-z3.1-A의 미래 질량을 직접 측정한 결과는 아니다. 현재 관측되는 밀도와 구조를 바탕으로 계산한 모형 의존적 전망이라는 점은 구분할 필요가 있다. 24

하나의 완성된 은하단이 아니라, ‘우주 거미줄’ 위의 여러 핵

COSMOS-z3.1-A는 안정된 구형 은하단 하나가 아니다. 여러 개의 조밀한 원시 은하단 핵이 덩어리진 형태로 분포하고, 이들을 실 같은 우주 거미줄 필라멘트가 잇는 모습이다. 필라멘트는 은하와 물질이 밀집한 핵으로 흘러드는 통로로 해석된다. 27

이처럼 매우 이른 우주의 극도로 조밀한 환경에서 거대 구조가 형성되는 모습은 드문 사례다. 연구진은 이를 통해, 거대한 은하단과 초은하단이 처음부터 하나의 거대한 덩어리로 생기는 것이 아니라 더 작은 구조들이 필라멘트를 따라 물질을 끌어모으고 합쳐지며 성장한다는 계층적 형성 그림을 뒷받침한다고 설명한다. 122

어떻게 찾아냈나: 넓게 찾고, 분광으로 깊게 확인

ODIN 탐사는 암흑에너지카메라(DECam)를 포함한 협대역 영상 관측으로 특정 거리의 라이먼 알파 방출 은하가 밀집한 후보 지역을 찾았다. 이후 DESI의 넓은 영역 분광 자료와 Gemini South/GMOS, Keck II/DEIMOS의 후속 관측을 결합해 은하들의 정확한 거리를 확인하고, 하늘에 투영된 밀집 영역을 3차원 구조로 재구성했다. 2

이 과정은 단지 은하가 많이 보이는 영역을 찾는 데서 끝나지 않는다. 어느 은하들이 실제로 같은 거리대에 모여 있는지 확인함으로써, 원시 은하단 핵과 이를 잇는 필라멘트의 입체적 연결망을 추적할 수 있다. 24

JWST의 ‘숨은 작은 별’ 결과와는 어떻게 이어지나

최근 제임스 웹 우주망원경(JWST) 관측에서는 일부 초기 대질량 은하에 예상보다 많은 희미한 저질량 별이 있을 수 있다는 결과도 나왔다. 사실이라면 이 은하들의 별 질량은 기존 추정보다 약 3~4배까지 커질 수 있으며, 초기 우주에서 은하가 어떻게 এত 빠르게 질량을 축적했는지에 대한 난제를 더 키운다. 1013

COSMOS-z3.1-A는 이런 급격한 은하 성장에 유리한 환경, 즉 필라멘트가 지속적으로 물질을 공급하는 매우 조밀한 우주 거미줄의 결절점을 보여준다. 그러나 이것만으로 JWST가 제기한 별 질량 문제를 해결하는 것은 아니다. 거대한 암흑물질 환경이 형성되는 과정과, 그 안에서 별의 질량 분포 및 별 형성 효율이 결정되는 과정은 서로 다른 문제이기 때문이다.

다음 관측은 더 많은 초기 거대 구조를 찾는다

베라 C. 루빈 천문대의 **LSST(Legacy Survey of Space and Time)**는 깊고 넓은 다중 파장 반복 관측을 통해 고적색편이 과밀 영역 후보를 훨씬 많이 찾아낼 것으로 기대된다. 다만 후보 구조의 정확한 3차원 위치와 성장 이력을 확인하려면 앞으로도 분광 관측이 필수적이다. 루빈 천문대는 LSST 운영을 시작했다. 1