중국의 FAST 망원경, 별 형성 둔화의 비밀을 다시 쓰다

수십 년 동안 천문학자들은 우주가 점점 조용해지는 것을 지켜봐 왔다. 한때 은하들은 차가운 가스를 새로운 별로 바꾸며 격렬하게 활동했지만, 그 활동은 수십억 년에 걸쳐 급격히 줄어들었다. 주된 설명은 간단했다. 은하가 연료를 소진하고 있다는 것이었다. 별의 원료인 차가운 수소 가스는 꾸준히 소비되며 충분히 빠르게 보충되지 않는다고 여겨졌다.

새로운 국제 연구는 그 이야기가 불완전하다고 시사한다. 중국 국립천문대, 상하이천문대, 상하이교통대학이 참여한 국제 팀은 세계에서 가장 강력한 두 장비를 결합해 별 형성을 먹여 살리는 차가운 가스인 중성 수소가 지난 45억 년 동안 실제로 얼마나 존재했는지를 측정했다.

그 장비는 구이저우성에 있는 구경 500미터 구면 전파망원경 FAST와 애리조나에 있는 암흑 에너지 분광기 DESI였다. FAST는 세계 최대의 단일 접시 전파망원경으로, 그 민감도는 희미한 수소 신호를 탐지하는 데 매우 뛰어나다. 한편 DESI는 방대한 공간에 걸쳐 수백만 개의 은하를 지도화한다. 함께 사용하면 동일한 우주 시간 규모에서 별 형성률과 가스 공급을 비교할 수 있다.

학술지 네이처 아스트로노미에 발표된 결과는 둘이 보조를 맞추지 않는다는 것이다. 별 형성은 극적으로 약해졌지만 중성 수소 저장고는 같은 속도로 마르지 않았다. 다시 말해 은하에는 여전히 별의 원료가 풍부하다. 잃어가는 것은 그것을 처리하는 능력인 듯하다.

이 발견은 관심을 공급에서 과정으로 옮긴다. 가스는 별로 점화되기 전에 식고 뭉치고 중력으로 붕괴해야 하며, 각 단계는 방해받을 수 있다. 폭발하는 별이 일으키는 유출, 초대질량 블랙홀의 가열, 또는 성숙한 은하의 단순한 난류는 가스를 효율적으로 붕괴할 수 없을 만큼 뜨겁거나 희박하게 만들 수 있다. 은하는 가스가 풍부하면서도 거의 불임일 수 있다.

이 재구성은 은하 진화의 핵심 질문 중 하나를 건드리기 때문에 중요하다. 왜 우주의 별 형성 시대는 수십억 년 전에 정점을 찍고 그 이후로 줄어들고 있는가. 연료 고갈이 주된 원인이 아니라면, 은하가 어떻게 성장하고 늙고 결국 조용해지는지에 대한 모델은 수정이 필요할 것이다.

중국 천문학계에게 이 연구는 국제 협력의 이정표이기도 하다. FAST는 중국에서 제안되고 건설되었지만, 가장 가치 있는 과학은 점점 다른 곳의 장비와 결합할 때 나온다. 전파 관측은 광학 탐사가 볼 수 없는 차가운 가스를 추적할 수 있고, 대규모 분광 탐사는 단일 망원경이 혼자 모을 수 없는 통계적 표본을 제공한다.

하늘을 지켜보는 모든 이에게 더 넓은 교훈도 있다. 우주의 역사는 마지막 장작을 태우는 불처럼 단순한 고갈의 이야기가 아니다. 선반에 아직 재료가 있지만 요리사를 잃은 주방에 더 가깝다. 왜 그런지, 그리고 둔화가 어떤 은하에서 가역적인지를 이해하는 것은 천문학자들을 수년간 바쁘게 할 것이며, 이 팀 같은 이들이 같은 하늘 영역에 안테나와 분광기를 계속 향하게 할 것이다.