130억년 이전의 초기 은하 7개

우주 형성에 대한 중요한 정보를 제공하는 빅뱅 직후인 130억년 이전의 초기 은하 7개가 NASA 허블 우주망원경에 의해 발견되었다. 

빅뱅 이론에 따르면 빅뱅 직후 우주는 매우 높은 에너지 상태에 있었기에 최초의 물질은 이온화 상태로 탄생했다. 이후 우주는 계속 팽창하며 온도가 낮아졌고, 그 결과 전자와 결합한 원자들의 중성 가스(중성수소가스)로 가득찬 암흑의 시대로 접어들었다. 이 때를 원시우주라고 하는데 별과 은하가 없고, 물질이 자욱한 안개처럼 퍼져 있는 캄캄한 상태의 우주라고 해서 "암흑 시대"라고 한다.

그 러다가 우주 온도가 더 낮아지면서 별이 탄생하고, 이 최초의 별(항성)과 은하들은 우주 공간에 강력한 자외선을 방출했는데 이는 이후의 우주 진화 역사에서 매우 중요한 역할을 했다. 최초의 별과 은하가 방출한 자외선이 우주 공간의 온도를 크게 높이면서 우주는 다시 이온화의 과정을 겪게 된는데 이를 "재이온화(reionization)"라고 한다. 재이온화 시기는 빅뱅 이후 2억~10억년 사이로 추정한다. 이 과정을 통해 우주는 수소 가스의 안개가 걷히고 자외선이 투과할 수 있게 돼, 지금처럼 빛에 투명하게 되었다.

이번에 공개된 초기 은하들은 우주 진화에서 바로 이 재이온화 과정에 있는 은하들이다. 그런데 천문학계에서는 초기 은하 속의 뜨거운 별들이 빅뱅 직후 만들어진 차가운 수소를 데울 수 있을 만큼 과연 충분한 복사에너지를 제공할 수 있었는지에 대해 오랜 기간 논쟁을 벌여왔다.

이번 연구를 통해 빅뱅 이후 약 4억 5천만년이 지나면서 은하의 숫자가 확연히 감소한 사실이 밝혀졌다. 이는 은하들이 주변 은하와 서로 결합한 결과이며, 이 과정에서 엄청난 복사에너지를 제공해 수억 년 후 재이온화할 수 있는 에너지를 제공한 것으로 밝혀졌다. 즉 초기 은하와 별이 내뿜는 엄청난 자외선과 은하간의 결합을 통해 후에 우주가 식어면서 재이온화되는데 필요한 에너지를 충분히 공급했다는 것.
빅뱅 이론의 가설이 검증된 셈이다.

또 한 이후의 재이온화 과정도 수억 년에 걸쳐 점진적으로 이뤄졌다는 사실이 밝혀졌다. 이는 우주의 수많은 은하들이 어느 한순간에 한꺼번에 극적으로 만들어진 것이 아니라 점진적으로 숫자가 늘어났고, 은하 속에 포함된 별과 화학성분들도 서서히 만들어졌음을 보여준다.