제임스 웹, 16만 4000개 은하로 어린 우주의 우주 거대구조망 처음 그려내다

제임스 웹 우주망원경을 활용한 연구팀이 16만 4000개의 은하를 통해 우주의 보이지 않는 골격을 따라가는 우주 거대구조망 지도를 완성했다. 깊이와 해상도 덕분에 천문학자들은 우주가 수억 년밖에 되지 않았던 시점, 즉 그동안 닿을 수 없었던 시대에 이 거대구조망을 직접 볼 수 있다. 눈에 보이는 모든 것을 정렬하는 중력적 골격을, 은하들 자체가 아직 형성되고 있던 바로 그 시점에 연구할 수 있게 된 것은 이번이 처음이다.

우주 거대구조망은 우주의 밑바탕에 깔린 골격이다. 암흑물질은 거대한 필라멘트를 따라 흐르며, 은하들을 그 교차점으로 끌어당기고 그 사이에 광활한 보이드를 남긴다. 수십 년의 가시광 관측이 우리 우주 인근에서 그 모습을 스케치했지만, 초기 우주는 지상 망원경에 비해 너무 어둡고 멀어서 같은 수준의 세밀함으로 다룰 수 없었다.

데이터는 웹이 지금까지 진행한 가장 큰 일반관측자 프로그램인 COSMOS-Web에서 나왔고, 보름달 세 개에 해당하는 하늘 영역을 덮는다. 캘리포니아 대학교 리버사이드의 호세인 하탐니아가 이끈 이번 분석은 웹의 근적외선 영상을 이용해 이 영역에서 16만 4000개의 은하를 식별하고, 각 은하에 거리이자 연령으로 동시에 기능하는 우주론적 지표인 적색편이를 부여했다. 논문은 The Astrophysical Journal에 게재된다.

이러한 거리를 토대로 연구팀은 은하들의 3차원 위치를 재구성하고, 이들을 잇는 필라멘트 네트워크를 그려냈다. 허블 관측에서는 하나의 얼룩처럼 보이던 구조들이 웹 자료에서는 여러 개의 구별되는 요소로 분해되며, 카탈로그는 적색편이 7까지 확장된다. 이는 우주가 10억 년이 되지 않은 시점에 광원을 떠난 빛이다.

이 결과를 가능하게 한 것은 깊이만이 아니라 커버리지다. 좁은 연필빔 심층관측은 아무리 날카로워도, 하늘의 너무 작은 영역만 표본으로 삼기 때문에 기하학을 놓친다. COSMOS-Web은 필라멘트를 고립된 점이 아니라 진짜 필라멘트로 보는 데 필요한 넓은 시야를 얻기 위해 은하당 깊이를 조금 양보했다.

이 카탈로그는 결론이 아니다. 은하 위치로부터 우주 거대구조망을 도출하는 일은 여전히 은하가 바닥의 암흑물질을 어떻게 따라가는지에 대한 가정에 의존하며, 여기서 사용된 적색편이는 광대역 색상에서 유도된 측광 적색편이다. 각 은하를 백분율의 분수 단위까지 묶어줄 정밀 분광 적색편이가 아니다. 연구팀은 이번 발표를 닫힌 결과가 아니라 분광 후속 관측의 토대로 제시한다.

이 지도가 중요한 이유는 표준 우주론의 예측이 바로 이러한 대규모 기하학에서 가장 날카롭기 때문이다. 거의 균일했던 초기 우주에서 오늘날의 덩어리진 우주로 진화하는 거대구조망의 형태는 암흑물질·암흑에너지 모형의 직접 검증이다. 시뮬레이션된 망과 웹이 실제로 본 고적색편이 망 사이에 지속적인 차이가 있다면, 그것은 현재 그림에 아직 빠진 물리학이 존재한다는 신호가 된다.

카탈로그, 분석 파이프라인, 그리고 130억 년의 구조 진화를 재구성한 영상은 2026년 5월 The Astrophysical Journal에 게재된 논문과 함께 공개되었다. 리버사이드 팀과 더 넓은 COSMOS-Web 공동연구는 2026년 하반기에 예정된, 가장 높은 적색편이 필라멘트에 대한 분광 후속 관측을 이미 준비하고 있다. 이 관측은 적색편이 오차를 줄여 우주론학자들이 망의 기하학을 은하 단위로 암흑물질 시뮬레이션과 비교할 수 있게 한다.