제임스 웹 우주망원경, 지금까지 가장 정확한 암흑 물질 지도 공개
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2026-01-27 13:35:29
4분 읽기
- JWST의 근적외선 카메라(NIRCam)를 소위 코스모스 영역에 255시간 동안 집중시켜
- 이 지도는 기존 지도보다 두 배 높은 해상도로 암흑 물질의 밀도와 분포를 보여준다.
- 웹 망원경이 촬영한 새로운 이미지에는 코스모스 영역에서 약 80만 개의 은하가 포착돼
- 암흑 물질이 어떻게 가시 물질을 구조화해 은하, 별, 그리고 궁극적으로 생명체의 형성을 가능하게 했는지 보여준다.
암흑 물질은 우리 우주의 발달과 구조를 결정짓는 데 중요한 역할을 해왔다. 빅뱅 이후, 암흑 물질의 분포는 우주 최초의 별과 은하가 형성될 위치를 결정했다. 이 보이지 않는 물질의 중력은 거대 은하단과 우주 거미줄의 필라멘트부터 가장 작은 은하의 모양과 움직임에 이르기까지 우주의 모든 거대 구조물의 토대를 마련했다. 따라서 암흑 물질의 분포를 최대한 정확하게 파악하는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 우주론적 모델을 검증하는 데 필수적이다.
그렇다면 어떻게 보이지 않는 물질을 지도화할 수 있을까?
암흑 물질의 위치는 간접적인 방법으로만 파악할 수 있다. 우리 주변의 경우, 천문학자들은 별이나 은하의 움직임을 분석한다. 더욱 포괄적인 지도화를 위해서는 망원경과 은하 사이에 있는 암흑 물질의 중력 영향으로 인해 멀리 떨어진 은하에서 오는 빛이 미세하게 왜곡되는 현상을 이용한다. 이러한 약한 중력 렌즈 효과를 통해 암흑 물질의 질량과 분포에 대한 결론을 도출할 수 있다.
"하지만 약한 중력 렌즈 효과를 이용한 기존의 지도화는 해상도나 감도에 한계가 있어 우주 거미줄 아래에 있는 더 미세한 암흑 물질 구조는 여전히 관측하지 못했다"고 NASA 제트 추진 연구소의 다이애나 스코냐밀리오와 그녀의 동료들은 설명했다.
80만 개의 은하 포착
새로운 지도 제작을 위해 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)를 소위 코스모스 영역(COSMOS field)에 255시간 동안 집중시켰다. 코스모스 영역은 천구 적도의 일부로, 대략 보름달 2.5개 크기다. 연구팀은 "지구와 우주에 있는 거의 모든 주요 망원경을 이용한 수십 년간의 관측을 통해 모든 파장에 걸쳐 이 영역을 포괄적으로 볼 수 있게 되었다"고 설명했다. 이를 통해 일반 물질과 암흑 물질의 분포를 효과적으로 비교할 수 있다.
웹 망원경이 촬영한 새로운 이미지에는 코스모스 영역에서 약 80만 개의 은하가 포착되었으며, 여기에는 이전에는 알려지지 않았던 많은 은하가 포함돼 있다. 천문학자들은 평균적으로 제곱 아크분당 129개의 은하를 탐지했는데, 이는 이전보다 훨씬 많은 수치다. 천문학자들은 이 은하들에서 나오는 빛을 이용하여 망원경과 은하 사이에 존재하는 암흑 물질의 미묘한 영향을 파악할 수 있었다.
이전보다 훨씬 더 정밀한 관측
그 결과, 전례 없는 해상도의 암흑 물질 지도가 완성되었다. 스코냐밀리오 연구원은 "이 지도는 다른 천문대가 이전에 만든 어떤 암흑 물질 지도보다 두 배나 선명하다"고 말했다. "이전에는 암흑 물질의 흐릿한 모습만 볼 수 있었다. 하지만 이제 웹 우주망원경의 놀라운 해상도 덕분에 우주의 보이지 않는 구조를 놀라울 정도로 자세하게 볼 수 있게 되었다.“
구체적으로, 새로운 암흑 물질 지도는 약 1분각의 해상도로 이 영역의 암흑 물질 분포를 보여준다. 이는 허블 우주망원경이 만든 이전 지도보다 두 배 이상 높은 해상도다. 따라서 이 지도는 은하단이나 다른 대규모 구조에 집중된 암흑 물질뿐만 아니라 이러한 집중된 암흑 물질들을 연결하는 암흑 물질 다리의 네트워크까지도 보여준다. 심지어 미세한 필라멘트와 헤일로도 관측할 수 있다.
암흑 물질 – 우주의 설계자
새로운 지도는 일반 물질과 암흑 물질이 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 보여준다. 더럼 대학교의 공동 저자인 개빈 르로이(Gavin Leroy)는 "이 지도는 우주의 보이지 않는 구성 요소인 암흑 물질이 어떻게 가시 물질을 구조화하여 은하, 별, 그리고 궁극적으로 생명체의 형성을 가능하게 했는지 보여준다"고 말했다. "이 지도는 숨겨져 있지만 필수적인 역할을 하는 암흑 물질, 즉 우주의 진정한 설계자를 드러낸다.”
현재 이 새로운 암흑 물질 지도는 하늘의 작은 부분만을 보여준다. 하지만 유럽의 유클리드 망원경과 NASA의 미래 낸시 그레이스 로만 우주 망원경을 이용한 추가 관측을 통해 훨씬 더 넓은 영역을 밝혀낼 것으로 예상된다.
참고: Nature Astronomy, 2026, doi: 10.1038/s41550-025-02763-9
출처: Nature Astronomy, Durham University
- JWST의 근적외선 카메라(NIRCam)를 소위 코스모스 영역에 255시간 동안 집중시켜
- 이 지도는 기존 지도보다 두 배 높은 해상도로 암흑 물질의 밀도와 분포를 보여준다.
- 웹 망원경이 촬영한 새로운 이미지에는 코스모스 영역에서 약 80만 개의 은하가 포착돼
- 암흑 물질이 어떻게 가시 물질을 구조화해 은하, 별, 그리고 궁극적으로 생명체의 형성을 가능하게 했는지 보여준다.
우주의 보이지 않는 구조가 드러나다
제임스 웹 우주망원경, 지금까지 가장 정확한 암흑 물질 지도 공개
천문학자들이 전례 없는 정밀도로 암흑 물질 지도를 완성해 우리 우주의 숨겨진 구조를 밝혀냈다. 암흑 물질은 은하, 별, 그리고 모든 우주 구조물의 형성에 영향을 미친다. 제임스 웹 우주망원경으로 제작된 이 지도는 기존 지도보다 두 배 높은 해상도로 암흑 물질의 밀도와 분포를 보여준다. 연구팀은 "네이처 천문학(Nature Astronomy)"에 발표한 논문에서 이 지도가 가장 미세한 필라멘트까지도 보여준다고 밝혔다.
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| ▲ 새로운 지도는 이전보다 훨씬 더 정확하게 암흑 물질의 분포와 밀도를 보여준다. 등고선은 암흑 물질 밀도가 같은 영역들을 연결한다. © Gavin Leroy/ COSMOS-Web collaboration |
암흑 물질은 우리 우주의 발달과 구조를 결정짓는 데 중요한 역할을 해왔다. 빅뱅 이후, 암흑 물질의 분포는 우주 최초의 별과 은하가 형성될 위치를 결정했다. 이 보이지 않는 물질의 중력은 거대 은하단과 우주 거미줄의 필라멘트부터 가장 작은 은하의 모양과 움직임에 이르기까지 우주의 모든 거대 구조물의 토대를 마련했다. 따라서 암흑 물질의 분포를 최대한 정확하게 파악하는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 우주론적 모델을 검증하는 데 필수적이다.
그렇다면 어떻게 보이지 않는 물질을 지도화할 수 있을까?
암흑 물질의 위치는 간접적인 방법으로만 파악할 수 있다. 우리 주변의 경우, 천문학자들은 별이나 은하의 움직임을 분석한다. 더욱 포괄적인 지도화를 위해서는 망원경과 은하 사이에 있는 암흑 물질의 중력 영향으로 인해 멀리 떨어진 은하에서 오는 빛이 미세하게 왜곡되는 현상을 이용한다. 이러한 약한 중력 렌즈 효과를 통해 암흑 물질의 질량과 분포에 대한 결론을 도출할 수 있다.
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| ▲ 2007년 허블 망원경으로 촬영한 COSMOS 영역에서 일반 물질과 암흑 물질을 비교한 모습. © NASA/ESA, R. Massey/캘리포니아 공과대학 |
"하지만 약한 중력 렌즈 효과를 이용한 기존의 지도화는 해상도나 감도에 한계가 있어 우주 거미줄 아래에 있는 더 미세한 암흑 물질 구조는 여전히 관측하지 못했다"고 NASA 제트 추진 연구소의 다이애나 스코냐밀리오와 그녀의 동료들은 설명했다.
80만 개의 은하 포착
새로운 지도 제작을 위해 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)를 소위 코스모스 영역(COSMOS field)에 255시간 동안 집중시켰다. 코스모스 영역은 천구 적도의 일부로, 대략 보름달 2.5개 크기다. 연구팀은 "지구와 우주에 있는 거의 모든 주요 망원경을 이용한 수십 년간의 관측을 통해 모든 파장에 걸쳐 이 영역을 포괄적으로 볼 수 있게 되었다"고 설명했다. 이를 통해 일반 물질과 암흑 물질의 분포를 효과적으로 비교할 수 있다.
웹 망원경이 촬영한 새로운 이미지에는 코스모스 영역에서 약 80만 개의 은하가 포착되었으며, 여기에는 이전에는 알려지지 않았던 많은 은하가 포함돼 있다. 천문학자들은 평균적으로 제곱 아크분당 129개의 은하를 탐지했는데, 이는 이전보다 훨씬 많은 수치다. 천문학자들은 이 은하들에서 나오는 빛을 이용하여 망원경과 은하 사이에 존재하는 암흑 물질의 미묘한 영향을 파악할 수 있었다.
이전보다 훨씬 더 정밀한 관측
그 결과, 전례 없는 해상도의 암흑 물질 지도가 완성되었다. 스코냐밀리오 연구원은 "이 지도는 다른 천문대가 이전에 만든 어떤 암흑 물질 지도보다 두 배나 선명하다"고 말했다. "이전에는 암흑 물질의 흐릿한 모습만 볼 수 있었다. 하지만 이제 웹 우주망원경의 놀라운 해상도 덕분에 우주의 보이지 않는 구조를 놀라울 정도로 자세하게 볼 수 있게 되었다.“
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| ▲ 2007년 허블 망원경으로 촬영한 암흑 물질 지도(왼쪽)와 제임스 웹 우주 망원경으로 새로 촬영한 지도. © Gavin Leroy, Richard Massey/ COSMOS-Webb collaboration |
구체적으로, 새로운 암흑 물질 지도는 약 1분각의 해상도로 이 영역의 암흑 물질 분포를 보여준다. 이는 허블 우주망원경이 만든 이전 지도보다 두 배 이상 높은 해상도다. 따라서 이 지도는 은하단이나 다른 대규모 구조에 집중된 암흑 물질뿐만 아니라 이러한 집중된 암흑 물질들을 연결하는 암흑 물질 다리의 네트워크까지도 보여준다. 심지어 미세한 필라멘트와 헤일로도 관측할 수 있다.
암흑 물질 – 우주의 설계자
새로운 지도는 일반 물질과 암흑 물질이 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 보여준다. 더럼 대학교의 공동 저자인 개빈 르로이(Gavin Leroy)는 "이 지도는 우주의 보이지 않는 구성 요소인 암흑 물질이 어떻게 가시 물질을 구조화하여 은하, 별, 그리고 궁극적으로 생명체의 형성을 가능하게 했는지 보여준다"고 말했다. "이 지도는 숨겨져 있지만 필수적인 역할을 하는 암흑 물질, 즉 우주의 진정한 설계자를 드러낸다.”
현재 이 새로운 암흑 물질 지도는 하늘의 작은 부분만을 보여준다. 하지만 유럽의 유클리드 망원경과 NASA의 미래 낸시 그레이스 로만 우주 망원경을 이용한 추가 관측을 통해 훨씬 더 넓은 영역을 밝혀낼 것으로 예상된다.
참고: Nature Astronomy, 2026, doi: 10.1038/s41550-025-02763-9
출처: Nature Astronomy, Durham University
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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