[뉴스스페이스=김시민 기자] 하버드 천문학자들이 천체속의 '작은 빨간 점'의 미스터리를 해결했다.

하버드와 스미소니언 천체물리학연구소의 천문학자들이 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 관측으로 새롭게 발견된 우주의 미스터리 ‘작은 빨간 점’(Little Red Dots)이 최초의 블랙홀 형성과 초기 은하 진화에 중요한 단서를 줄 수 있다는 연구 결과를 발표했다.

이 연구는 2025년 8월 《천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)》에 실렸으며, 전체 암흑물질 구조 중 극히 드물고 느리게 회전하는 1%의 암흑물질 헤일로(halo)에서 이처럼 조밀하고 강렬한 빛을 내는 초기 은하들이 형성되었음을 이론적으로 제시했다.

드문 우주 환경의 산물: 느리게 회전하는 암흑물질 헤일로

Live Science, cfa.harvard.edu, ScienceDaily, Phys.org, Universe Today, Science News의 보도에 따르면, 주요 연구자인 파비오 파쿠치와 아브라함 로브는 이 작은 빨간 점 은하들이 기존의 일반적인 은하 형성 모형으로는 설명이 어려운 매우 특이한 환경에서 비롯됐다고 설명했다.

그들은 암흑물질 헤일로가 회전하는 속도 분포에서 하위 1%에 속하는 극히 느린 회전속도를 지닌 집단 안에서만 이처럼 초소형이면서도 밝은 은하들이 형성된다는 가설을 내놨다.

놀이공원의 그네 회전과 비유했을 때, 빠른 속도로 회전하는 헤일로는 은하의 크기를 크게 팽창시키지만, 느린 속도의 헤일로는 은하의 크기를 극도로 작게 유지해 질량과 빛을 중앙에 몰아넣는 조건이 만들어진다는 설명이다.

이로 인해 이런 은하들은 전체 은하의 약 1%에 불과한 희귀한 존재이며, 약 10억년이라는 비교적 짧은 시간 동안에만 관측 가능해 우주가 점차 진화하면서 암흑물질 헤일로의 각운동량이 증가해 조밀한 구조로의 은하 형성이 크게 줄어드는 현상도 함께 설명한다.

초기 우주 수수께끼: 거대 블랙홀인가, 빽빽한 별 무리인가?

작은 빨간 점 은하는 크기가 기존 은하의 10분의 1 수준에 불과하지만, 관측 결과 매우 강력한 적외선 빛을 내며 비정상적으로 밝게 빛나 천문학자들의 이목을 끌었다.

파쿠치는 “만약 이 은하들이 블랙홀을 포함하고 있다면 지금까지 알려진 것 중에서도 작은 은하에 비해 블랙홀이 매우 거대하다는 의미이며, 만약 별로만 구성되어 있다면 중심부별 밀도가 상상 초월하게 높아져 물리학적으로도 설명이 어렵다”고 말했다.

실제로 제임스 웹 우주망원경(JWST)는 약 13억3000만년 전으로 추정되는 초기 우주 시기, 현재까지 관측된 블랙홀 중 가장 오래된 것으로 보이는 블랙홀을 포함한 작은 빨간 점 은하를 발견해 이 가설에 힘을 실었다.

이 발견은 최초의 초대질량 블랙홀이 어떻게 형성됐는지, 그리고 초기 은하와 블랙홀의 공진화 과정에 대해 중요한 정보를 제공한다.

미래 우주 연구의 열쇠

이 연구에서 제안한 ‘저(低)스핀(저회전) 암흑물질 헤일로’ 이론은 우주의 초기 제1세대 블랙홀과 별들이 어떻게 급격히 성장할 수 있었는지를 설명하는 데 중요한 역할을 한다. 파쿠치는 “이 환경은 질량이 극도로 효율적으로 중심에 집중될 수 있도록 해 최초의 블랙홀 형성과 최초 은하 진화 메커니즘을 밝히는 데 핵심적인 장소일 수 있다”고 강조했다.

최근 다른 연구들 또한 JWST 데이터를 활용해 초기 우주에 존재하는 작은 질량의 블랙홀들이 현재 우주 형성에 필수적인 역할을 했다는 증거를 다수 제시, 작은 빨간 점 은하의 블랙홀 형성 가설을 뒷받침하고 있다.

이번 연구는 인간의 관측 한계를 크게 확장한 JWST 덕분에 드러난 초기 우주의 새로운 미스터리를 과학적으로 푸는 중요한 성과로, 향후 우주 진화 모델과 블랙홀 형성 연구에 지대한 영향을 미칠 것으로 기대된다. '작은 빨간 점'은 단순한 우주 사인펫이 아니라 우주의 시작을 여는 열쇠일 수 있다는 점에서 주목된다.