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초기 우주에서 주로 발견되는 미확인 천체 '작은 빨간 점(little red dots, LRD)'에 대한 천문학자들의 연구 경쟁이 불붙었다. 현재로서는 이론적으로 제안된 천체인 '블랙홀별(blackhole star)'일 가능성이 가장 유력하다.
국제학술지 '네이처'는 15일(현지시간) LRD의 정체와 진화 과정을 탐구하는 최신 연구결과들을 소개했다.
2021년 발사된 미 무담보사채 국 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST)의 뛰어난 관측 성능 덕분에 인류는 지금까지 관측이 어려웠던 우주 초기 10억년 전후의 모습을 살펴볼 수 있게 됐다.
붉은빛을 내 루비(ruby)라고도 불리는 LRD의 존재는 2022년 JWST가 처음 포착했다. 지금까지 알려진 천체와는 특성이 달라 과학자들의 의문을 자아냈다. 첫 산와머니 연체 관측 이후 불과 3년 만에 LRD 관련 연구논문 초안 약 200편이 논문 사전공개 사이트인 '아카이브(arXiv)'에 게재됐을 정도로 관심이 뜨겁다.
안나 드 그라프 독일 막스플랑크 천문학연구소 연구원은 네이처에 "이처럼 진정으로 새로운 물리적 현상을 연구할 기회가 생기는 것은 극히 드문 일"이라고 밝혔다.
연구 초창 시장경영지원센터 기에는 LRD가 성숙한 은하로 추정됐다. 성숙한 은하는 별(항성)이 노화되며 붉은색을 띠기 때문이다. 후속 관측 결과 빨간 점들의 직경이 지구가 있는 우리은하의 2% 미만으로 매우 작아 별들이 모인 은하라고 보기에는 어려웠다. LRD는 은하라고 하기엔 너무 응축한 형태고 기존 블랙홀과는 다른 빛을 방출했다.


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미국 항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST) 관측을 통해 수집된 '작은 빨간 점(little red dots)' 샘플들. 이 천체들은 빅뱅 이후 약 6억년 뒤에 대량 출현해 약 15억년 뒤에 급감한다는 사실이 확인됐다. NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski/Colby Colleg 우리은행 모기지론 e 제공


현재로서는 LRD가 블랙홀별일 가능성이 가장 유력하다. 일반 별처럼 핵융합이 아닌 블랙홀로 에너지를 얻는 이론상으로 존재할 것으로 여겨지는 천체다. 별의 대기층과 비슷한 뜨거운 고밀도 가스로 둘러싸인 활동성 블랙홀이라는 것이다. 블랙홀은 주변 물질을 집어삼키며 밝은 빛을 내기도 한다.
미첼 베겔만 미국 실험천체물리학합동연구소(JILA) 교수팀은 LRD가 신생 블랙홀과 블랙홀을 둘러싼 거대한 가스 덩어리인 블랙홀별이라는 분석 결과를 7월 '아카이브(arXiv)'에 공개했다.
수소(H)가 풍부한 초기 우주의 1세대 별 중 일부는 거대한 크기로 성장한 뒤 붕괴하며 블랙홀이 되고 외부의 두꺼운 가스층이 신생 블랙홀을 둘러싸 블랙홀에 '먹이'를 제공하며 밝은 빛이 발생한다는 설명이다.
드 그라프 연구원이 공동저자로 참여해 지난달 10일(현지시간) 국제학술지 '천문학 및 천체물리학'에 공개된 연구논문에 따르면 LRD에서 나오는 빛을 분석한 결과 블랙홀처럼 극도로 에너지가 높으면서도 별의 대기층과 유사한 따뜻하고 밀도 높은 가스에 둘러싸여 있어야 하는 것으로 나타났다. 가스에 둘러싸인 블랙홀인 블랙홀별 모델과 부합하는 설명이다.
LRD의 정체뿐 아니라 진화 과정과 분포 범위를 파악하는 접근도 활발하다.
지난달 17일(현지시간) 국제학술지 '네이처 천문학'에는 LRD가 은하 중심부에 있는 밝은 은하핵인 '퀘이사'와 연관됐으며 은하로 진화하는 과정 중 하나라는 관점도 제시됐다. 지구가 있는 우리은하도 LRD에서 시작돼 수십억 년에 걸쳐 성장했을 가능성이 있다는 뜻이다. 
미국 애리조나대 연구팀은 지구로부터 약 10억광년(1광년은 빛의 속도로 1년간 이동한 거리) 떨어진 LRD 3개를 발견하고 연구결과를 7월 arXiv에 공개했다. LRD가 초기 우주 뿐만 아니라 성숙한 우주에서도 나타날 수 있다는 것이다. 상대적으로 가까운 LRD를 통해 이론을 더 세밀하게 검증할 수 있을 것으로 기대된다.
<참고 자료> - doi.org/10.48550/arXiv.2507.09085 - doi.org/10.1051/0004-6361/202554681 - doi.org/10.1038/s41550-025-02660-1 - doi.org/10.48550/arXiv.2507.10659 - doi.org/10.3847/1538-4357/adc7b1
[이병구 기자 2bottle9@donga.com]