미 항공우주국(NASA)에서 운영하는 ‘오늘의 천문사진’(APOD) 22일자(현지시간)에 아름다운 은하수와 함께 어우러진 황홀한 북극광이 우주 마니아들의 눈길을 끌고 있다. 북위 47도의 맹추위도 북극광의 유혹 앞에는 어쩔 수 없는 듯, 한 별지기가 미국 미시간주 키위노 반도 서안의 얼어붙은 슈피리어호 위에서 아름다운 밤하늘을 우러르고 있다. 그 밤하늘은 별지기에게 최상을 보답이라도 해주려는 듯 최고의 캐스팅으로 장대한 우주적인 풍경화를 펼쳐 보여주고 있는 중이다.​　​ 지난달 28일 밤 10시부터 다음날 새벽 1시까지 진행된 이 파노라마 이미지는 다양한 볼거리를 자랑한다. 먼저 왼쪽의 지평선 위로 솟아 있는 흐릿한 빛은 황도광(zodiacal light)이다. 황도는 행성들이 지나는 하늘길이고, 황도광은 행성들이 우주공간에 흘리고 간 먼지들이 햇빛을 받아 빛나는 것을 일컫는다. 황도광 위쪽에 빛나는 천체는 바로 우리 다음의 형제 행성인 화성이다. 그 오른쪽에 보이는 길죽한 빛점은 그 유명한 안드로메다 은하. M31로 불리는 안드로메다는 저렇게 작게 보이지만, 우리은하보다 1.5배나 크다. 별의 개수도 1조 개를 헤아리는 거대한 나선은하다. 하지만 거리가 250만 광년이나 멀리 떨어져 있어 조그만 빛점으로 보이는 것이다. 약 45억 년 후면 우리은하와 충돌할 것으로 예측되고 있다. 그 다음 오늘의 주연이라 할 수 있는 초록빛의 황홀한 오로라가 거대한 비행접시처럼 중앙에 앉아 있다. 오로라는 태양에서 날아온 대전입자가 지구 자기장과 상호작용하여 극지방 상층 대기에서 공기분자들과 부딪치면서 일어나는 대규모 방전현상으로, 극광(極光)이라고도 하고, 북반구에서는 노던 라이트(northern light)라 부르기도 한다. 오로라(aurora)는 ‘새벽’이란 뜻의 라틴어에서 온 것이다. 오로라의 왼쪽으로는 우리은하가 쏟아지는 형상이고, 한가운에 높이 홀로 빛나는 저 별, 바로 정북을 가리키는 북극성이다. 서울에서 보는 북극성보다 더 높이 보이는 것은 이 지역이 북위 47도이기 때문이다. 별지기가 북극성을 올려본각이 바로 47도이다. 북극성 오른쪽으로 보이는 별들을 모르는 사람이 있을까? 북두칠성이 곧추서 있는 상태인데, 맨위 국자의 두 별, 두베와 메라크의 선분을 5배 연장하면 바로 북극성에 닿는다. 그래서 이 두 별을 지극성(指極星)이라 한다. 북두칠성은 성군(星群)의 하나로, 큰곰자리의 일부이다. 지평선에 보이는 밝은 두 불빛은 방파제의 등대 불빛이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

수백, 수천 개의 은하들이 서로의 중력으로 묶여 구성되어 있는 은하단은 우주에 존재하는 가장 거대한 구조물이라 할 수 있다. 그들은 어떤 음향을 쉼없이 우주로 방출하고 있는데, 마치 유령의 노래처럼 들리는 기묘한 가락을 가지고 있는 것이 포착되었다.　​ 미 항공우주국(NASA)의 허블 우주망원경이 수천 개의 나선은하와 타원형 은하들로 이루어진 놀라운 거대 은하단의 이미지를 잡았을 뿐만 아니라, 이 은하단이 방출하는 유령 같은 노래를 포착했다고 우주전문사이트 스페이스닷컴이 6일(현지시간) 보도했다. NASA의 발표에 따르면, 과학-예술 홍보 프로그램인 시스템 사운드(System Sounds)의 연구원들이 허블 데이터를 음향으로 변환시켜본 결과, 은하단이 생성한 기괴하면서도 다양한 가락의 톤을 보여주었다. 시스템 사운드의 연구원들은 “작은 은하와 그 전면의 별들은 짧은 음을 만들어내는 반면, 길쭉한 나선형 은하는 음정을 변경할 수 있는 더 긴 음을 만들어낸다”고 밝혔다. 문제의 은하단은 'RXC J0142.9 + 4438'로 알려져 있으며, 중력에 의해 묶여진 수천 개의 은하를 포함하고 있는 거대 은하단이며, 각 은하는 수많은 별들을 가지고 있다. 위 사진에서 전경에 밝게 빛나는 별들이 바로 그중 일부이다. 가장 큰 은하 그룹은 이미지의 중심 부근에 있으며, 중간 주파수 범위의 사운드를 생성하고 있다. 비디오 중간 부분에서 들리는 소리가 바로 그것이다. 반대로, 이미지의 하단 근처에 있는 은하들은 낮은 음을 생성하고, 상단 근처의 은하들은 높은 음을 만들어내고 있다. 위의 이미지는 2018년 8월 13일 허블 망원경의 첨단 탐사용 카메라와 광시야 카메라 3으로 촬영한 것이다. 은하단과 같은 거대 질량의 천체를 망원경으로 관측할 경우, 관측 대상이 이른바 중력 렌즈 역할을 하게 되는데, 이럴 때 그 관측 대상 너머에 있는 먼 천체들이 더욱 확대되어 보이게 된다. 위의 허블 이미지는 RELICS(중력렌즈 은하단 관측을 통화 재이온화 연구·Reionization Lensing Cluster Survey)라는 관측 프로그램의 일부로 잡은 것이다. 프로그램을 통해 확인된 은하들은 2021년 3월에 취역할 것으로 예상되는 제임스 웹 우주 망원경에 의해 더 자세히 연구될 예정이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

우리은하가 현재의 형태로 예상한 것보다 약간 더 오래 살아남을 것이라는 새로운 연구 결과가 발표되었다. 가이아 위성의 관측 데이터에 기초한 새로운 연구에 따르면, 우리은하와 이웃 나선은하인 안드로메다 은하 사이에 일어날 거대 충돌은 약 45억 년 후에 발생하는 것으로 나타났다. 이전의 대체적인 추정치는 충돌이 약 39억 년 후일 것으로 알려졌지만, 새 연구는 두 은하의 충돌이 이보다 약 6억 년 늦추어질 것이라는 연구결과를 내놓은 것이다. 지난 2013년 12월에 발사된 유럽우주국(ESA)의 관측위성 가이아는 연구원들로 하여금 최고 수준의 우리은하 3D지도를 만들 수 있게 도와주고 있다. 가이아는 엄청난 수의 별과 다른 대상의 위치와 움직임을 정확하게 모니터링한다. 미션 팀은 가이아가 그 예리한 눈을 영원히 감을 때까지 10억 개 이상의 별을 추적할 계획이다. 가이아는 대체로 우리은하계 내에 있는 별들을 추적하고 있지만, 일부는 가까운 이웃 은하의 별들을 대상으로 삼기도 한다. 새로운 연구에서, 연구자들은 우리은하를 비롯하여 안드로메다(M31)와 삼각형 자리은하(M33)에서 수많은 별을 추적했다. 이들 이웃 은하는 우리은하에서 250만-300만 광년 거리에 존재하며, 은하들끼리 상호작용하고 있다고 연구팀은 밝혔다. 볼티모어의 우주망원경 과학연구소의 롤란드 반 데르 마렐 대표 저자는 “우리는 은하들이 어떻게 성장하고 진화했는지, 그리고 무엇이 그 같은 특징과 행동을 만드는 데 영향을 미치는지 밝혀내기 위해 은하의 움직임을 3D로 탐사했다”면서 “우리는 가이아가 발표한 고품질 데이터의 두 번째 패키지를 사용해 이 작업을 수행할 수 있었다”고 밝혔다.연구팀은 이 작업으로 M31과 M33의 회전 속도를 결정할 수 있었으며, 가이아에서 얻은 결과와 기록 분석을 사용하여 M31과 M33이 과거 어떻게 움직였는지, 그리고 앞으로 수십억 년 동안 어떻게 움직일지에 대한 궤적을 찾아냈다. 이 팀이 제시한 모델은 우리은하와 안드로메다 은하의 충돌 시점을 예상보다 늦게 잡고 있으며, 충돌 양상은 정면 출돌이 아니라 스치는 듯한 측면 충돌을 보여주고 있다. 그러나 두 은하의 별들끼리 충돌할 가능성은 아주 낮다. 별들 사이의 거리가 너무나 멀기 때문에 두 은하는 별들의 충돌 없이 서로 관통할 것으로 예상된다. 따라서 은하 합병으로 인해 우리 태양계가 혼란에 빠질 확률은 아주 낮다. 그러나 그때쯤이면 지구는 달아오르는 태양에 의해 숯덩이가 되어, 두 은하가 지구 하늘에서 몸을 섞는 장관을 볼 수 있는 생명체는 존재하지 않을 것이다. 이 새로운 연구는 이번 달 ‘천체물리학 저널’에 발표되었다. 그런데 우리은하를 합병한 안드로메다가 다음의 우리은하가 되지는 않을 것이다. 대마젤란 은하가 25억 년 후 먼저 우리은하에 합병될 것이기 때문이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

-포르투칼 알케바 별빛보호지구에서 촬영 숨막힐 듯 아름다운 우리은하와 안드로메다 은하가 호수의 돛단배 위로 병풍처럼 우뚝 서 있는 천체사진이 발표되어 우주 마니아들의 관심을 끌고 있다. 밤하늘의 이 수직 파노라마는 포르투갈의 호수 알케바에 떠 있는 범선 위로 눈부시게 반짝이는 별들의 황홀한 바다를 보여준다. 우주 먼지가 짙게 뭉쳐진 우리 미리내 은하의 중심부에서 그 아래 범선 뒤로 보이는 오렌지색 대기광이 비추는 어두운 지평선에 이르기까지 많은 볼거리를 담고 있는 이 풍경은 한 번 쓱 보고 지나갈 사진이 아니다. 돛단배 위에는 두 개의 은하가 빛나고 있다. 거대한 우리은하와 그 아래 앙증맞게 보이는 타원형의 안드로메다가 우선 시선을 끈다. 지구 행성에서는 비록 조그만 빛뭉치로 보이지만 저 안드로메다 은하는 우리은하보다 지름 2배 이상 큰 22만광년의 거대 나선은하다. 별의 개수도 우리은하의 2배가 넘는 1조 개에 달한다. 또 무엇보다 거리가 250만 광년이나 된다는 사실이 놀랍다. 그러니까 지금 우리가 빤히 보는 저 안드로메다는 250만 년 전 과거에 거기서 출발한 빛을 보는 거란 얘기다. 250만 년 전이라면 지구상에는 인간의 그림자도 없고 매머드들이 한창 뛰어다니던 홍적세 초기쯤 된다. 더 놀라운 것은 저 안드로메다 은하가 우리은하와의 거리를 계속 좁혀나가 37억 년 뒤에는 충돌할 거란 사실이다. 지금도 매시간 40만km로 접근하고 있는데, 이는 지구-달 사이의 거리에 해당한다. 두 은하가 지구 행성의 하늘에서 충돌하는 광경은 장관을 이룰 것이다. 그때까지 모쪼록 건강 잘 챙겨서 은하 충돌의 장관을 감상하시기 바란다. 이 이미지는 포르투갈의 알케바 별빛보호지구의 캄핀호 마을에서 매년 개최되는 행사인 다크스카이 알케바의 스타파티에서 촬영된 것이다. 이 사진을 찍은 미구엘 클라로는 포루투갈의 천문학자이자 작가, 과학 커뮤니케이터로, 수많은 밤하늘의 장관을 연출한 전문 사진작가이기도 하다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

천문학자들이 중성자별과 한 계를 이루는 쌍성계를 사상 처음으로 포착했다. 11일(현지시간) 미국 캘리포니아공과대학(캘텍)에 따르면, 지구에서 약 9억2000만 광년 떨어진 한 나선은하의 변두리에서 발생한 특이한 초신성 폭발에 관한 관측 연구에서 이같은 발견이 이뤄졌다. 지난 2014년 10월 미국 팔로마산천문대의 관측장비 ‘iPTF’(intermediate Palomar Transient Factory)에 처음 관측돼 ‘iPTF 14gqr’로 명명된 이 초신성 폭발은 일반적인 초신성 폭발보다 짧은 기간에 희미한 빛을 내뿜었다. 캘텍이 주도한 연구팀은 단기간에 희미하게 사라진 이 초신성 폭발 속에서 한 거대한 별의 특이한 죽음을 목격했다. 이는 죽어가던 별과 매우 가까운 거리에 짝별의 존재를 시사한다. 짝별이 죽어가던 별에서 방출되는 질량을 오랜 기간에 걸쳐 흡수했기에 막상 초신성 폭발이 일어났을 때 방출된 에너지가 적어 이런 현상이 일어났을 수 있다는 것. 초신성 폭발은 우리 태양보다 질량이 8배 이상 큰 거대한 별이 중심핵의 연료를 다 썼을 때 일어난다. 그러면 별의 외층이 벗겨지고 크기가 줄어 밀도 높은 중성자별이 된다. 즉 이 초신성 폭발 속에서 새롭게 탄생한 중성자별은 짝별이 있는 ‘쌍성 중성자별’이라는 것이다. 쌍성 중성자별의 존재는 우주에서 금과 같은 중원소의 생성을 설명할 수 있어 중요하다. 쌍성 중성자별의 짝별은 보통 별이나 백색왜성 또는 다른 중성자별이며, 블랙홀을 짝별로도 둘 수 있다는 이론도 있다. 하지만 쌍성 중성자별의 경우 짝별과 너무 가까이 있어 결국 두 천체는 충돌해 굉장한 폭발 속에 병합된다. 이처럼 중성자별의 병합에서는 이른바 중력파로 알려진 시공간 구조 자체에 흔들림이 일어난다. 일반적으로 거대한 별이 초신성 폭발을 일으키면 태양 질량보다 몇 배 더 큰 물질이 파괴된다. 하지만 연구팀이 관측한 이번 초신성 폭발에서는 태양 질량의 20%밖에 방출되지 않았다. 이에 대해 연구에 참여한 만시 카슬리왈 캘텍 천문학과 조교수는 “우리는 이 거대한 별의 중심핵이 붕괴하는 모습을 봤지만, 놀랄 만큼 많은 양이 방출되는 것은 거의 보지 못했다”면서 “우리는 이를 외층이 아주 얇게 벗겨진 초신성(ultra-stripped envelope supernova)이라고 부르는 데 오래전부터 이런 천체의 존재를 예측해왔다”고 설명했다. 연구팀은 이론 모형화를 통해 이번 관측을 해석할 수 있었다. 이는 관측자들이 이번 초신성 폭발을 둘러싼 고밀도 물질의 존재를 추론할 수 있도록 했다. 연구에 참여한 미국 카네기과학연구소의 앤서니 피로 박사는 “이론과 관측을 결합함으로써 우리는 이런 놀라운 사건에 대해 훨씬 더 많은 것을 배울 수 있다”고 말했다. 자세한 연구 성과는 세계적 학술지 ‘사이언스’ 최신호(12일자)에 게재됐다. 사진=NASA/JPL-Caltech/R. Hurt 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

숲속에선 숲의 형태를 알 수 없다 오늘날 우리는 우리가 살고 있는 은하의 형태가 나선팔을 가진 원반 꼴임을 잘 알고 있다. 최근에 중앙에 막대 구조가 있는 것까지 밝혀져 우리은하는 분류상 막대나선은하에 속한다. 그러나 이렇게 우리은하의 형태와 크기를 알게 되기까지에는 수많은 천문학자들의 400년에 걸친 노고가 숨어 있다는 사실을 아는 이는 그리 많지 않다. 숲속에서 그 숲의 전체 형태를 잘 알 수 없는 것과 마찬가지로, 은하 내부에 살면서 그 은하의 모양을 알아내기란 참으로 어려운 일이기 때문이다. 인류 중 그 누구도 우리은하 바깥으로 나간 이는 아직 없다. 우리은하의 단면적인 모습을 알려면 은하수를 보면 된다. 밤하늘에 동서로 길게 누워 가는 이 빛의 강, 은하수를 일컬어 서양에서 밀키웨이(milky way)라 하는 것은 헤라 여신의 젖이 뿜어져나와 만들어졌다고 하는 그리스 신화에 기원한다. 이처럼 일찍부터 인류와 친숙한 은하수지만, 이 은하수의 정체를 알아낸 것은 놀랍게도 400년 밖에 안된다. 은하로의 먼 여정을 향해 첫 주자로 나선 사람은 17세기 이탈리아 물리학자 갈릴레오 갈릴레이였다. 1610년 갈릴레오는 자신이 직접 만든 망원경을 은하수에 들이대어 관측한 결과, 흐릿하게 성운처럼 보이는 은하수가 실제로는 개개의 별들로 분해된다는 것을 알아냈다. 이리하여 갈릴레오는 은하수가 무수한 별들의 집적이라는 사실을 최초로 발견하고 그것을 인류에 보고하는 영예를 얻었다. ​ ‘은하수’를 밝혀낸 철학자 그 다음 은하수에 관해 놀라운 추론을 한 사람이 1세기 후에 나타났다. 그런데 그는 놀랍게도 과학자가 아닌 철학자인 임마누엘 칸트였다. 1755년에 발표된 칸트의 박사학위 논문은 철학이 아니라 천문학 이론으로, 그 제목부터가 ‘일반 자연사와 천체 이론’이었다. 하긴 그 시대는 철학과 천문학 사이에 명확한 선이 없던 때이기는 했지만 칸트의 논문은 명확히 천문학에 관한 내용이었다. 그것도 우리 태양계의 생성에 관한 학설로, 흔히 성운설‘이라고 불리는 것이다. 현대 천문학 교과서에도 ‘칸트의 성운설’(Kant’s Nebula Hypothesis)로 당당하게 자리잡고 있다. 태양계 성운설을 제창한 칸트는 태양계가 만들어진 것과 같은 원리로 우리은하가 만들어졌다고 생각했다. 즉 회전하는 거대한 성운이 수축하면서 원반 모양이 되고 원반에서 별이 탄생했으며, 은하수는 원반 위에 있는 관측자가 본 우리은하의 옆모습이라는 정확한 설명을 내놓았다. “지구가 은하 원반 면에 딱 붙어 있어 지구에서 은하수를 보는 시선방향이 우리은하를 횡단하게 된다. 따라서 지구에서 볼 때 중심부와 먼 가장자리 별들이 겹쳐져 보이므로 그처럼 밝은 띠로 보이게 되는 것이다. 또한 원반이 얇으므로 아래 위쪽은 당연히 성기게 보인다.” ​200년도 더 전에 나온 철학자 칸트의 이 같은 은하수 설명은 참으로 놀라운 예지와 직관의 산물이라 하지 않을 수 없다. 직접 망원경으로 천체를 관측하기도 한 칸트는 당대 최고의 우주론자로서, 우리 은하 바깥에도 우리 은하처럼 수많은 별로 이뤄진 독립된 은하들이 섬처럼 흩어져 있으며 우리 은하는 이처럼 수많은 은하의 하나에 불과하다는 섬우주론을 주장했다. 허셜이 시도한 ‘하늘의 구축’ 칸트 다음으로 은하수 여정에 오른 사람은 칸트와 동시대인으로 천왕성 발견자인 윌리엄 허셜이었다. 은하수의 실제 모습과 태양이 은하수 내에 어디쯤 위치하는지 알아내려는 시도는 이 허셜에 의해 처음으로 이루어졌다. 1784년, 그는 전인미답의 영역, 은하계 구조 연구에 착수했다. 이전의 어떤 천문학자도 시도해보지 않은 주제였다. 허셜은 이 계획을 ‘하늘의 구축’이라 이름했다. 그는 하늘을 여러 영역으로 나누고 각 영역에 있는 별의 수를 헤아려 우리은하의 별 분포를 조사했다. 통계적으로 밝은 별은 가까운 별, 어두운 별은 먼 별임을 전제하고, 3400개의 성단들에 있는 별들의 수를 센 결과, 별의 분포는 타원체를 이루며 은하수에 있는 별들이 모두 3억 개라는 수치가 나왔다. 허셜은 별들이 은하수에 가까울수록 많이 밀집해 있다는 것을 발견하고, 태양계는 은하계의 일부분으로, 태양은 은하의 중심부분에 위치한다는 결론을 내렸으며, 은하계는 수레바퀴 모양의 별의 집단을 옆에서 본 것에 불과하다고 주장했다. 이 수레바퀴의 긴 지름이 짧은 지름의 4배라고 발표했다. 이로써 인류 역사상 최초로 은하수의 정체와 구조가 밝혀진 셈이다. 그에 의하면, 우리가 사는 은하계는 우주 안에서 별들이 모여 있는 유일한 집단이 아니며, 거대한 체계를 이루는 집단들 중 하나일 뿐이라는 것이다. 허셜은 나아가 우주의 규모를 언급했다. 당시 가장 가까운 별들 간의 거리도 제대로 모를 시기에 그는 가장 멀리 떨어져 있는 대상들의 거리를 200만 광년으로 잡았다. 물론 오늘날 보면 턱없이 작게 잡은 것이지만, 당시로서는 현기증 날 만큼 어마어마한 거리였다. 사람들은 우주의 광막한 크기에 입을 딱 벌렸다. 요컨대, 허셜은 역사상 최초로 인류 앞에 광대한 우주의 규모를 펼쳐보여 주었던 것이다. 1920년에는 네덜란드의 야코뷔스 캅테인이 허셜의 방법에 따라 더 정교하게 별들의 분포를 관찰한 후, 1922년에 출간된 그의 필생 사업인 <항성계의 배열과 운동이론에 관한 최초의 시도>에서 우리은하를 중심에서 멀어질수록 별의 밀도가 감소하는 렌즈 모양의 섬우주로 묘사했다. 캅테인의 섬우주 모형에서 우리은하의 크기는 약 4만 광년, 두께가 6500광년이며, 태양의 위치는 우리은하 중심에서 2000광년 떨어진 지점이었다. 태양계의 위치는 여전히 크게 벗어난 것이지만, 우리은하의 실제 규모에 상당히 근접하는 값을 내놓았다는 데 큰 의미가 있었다. ‘이것이 내 우주를 파괴한 편지다’ 이 허셜-캅테인 모형의 반대편에는 미국의 할로 섀플리의 우리은하 모형이 있는데, 섀플리는 1919년 늙은 별들의 집단인 구상성단들을 관측한 끝에, 그것들이 거의 구형으로 분포하며 지름이 30만 광년이고, 그 중심으로부터 태양은 약 4만5000광년 떨어져 있다고 추정했다. 그는 구상성단들의 분포 중심이 우리은하의 중심이라고 보았다. 섀플리의 우리은하 모형은 허셜-캅테인 모형과는 달리 태양이 우리은하의 중심에 있지 않은 셈이다. 이는 코페르니쿠스의 태양중심설에 못지않은 우주관의 변혁을 가져왔다. 그러나 섀플리는 ‘안드로메다 성운’을 포함한 모든 천체가 우리 은하 안에 있으며 우리 은하 자체가 우주라고 생각하는 오류를 저질렀다. 이러한 섀플리의 주장은 얼마 후 에드윈 허블이라는 신참 천문학자에 의해 무참히 퇴출되었다. 1924년 허블은 안드로메다 성운에서 변광성을 관측해 안드로메다 은하까지의 거리를 알아냄으로써 그것이 우리은하 밖의 외부 은하임을 밝혔다. 허블이 섀플리에게 자신이 발견한 결과를 편지로 알리자, 섀플리는 “이것이 내 우주를 파괴한 편지다”라고 말했다고 한다. 그러나 우리은하의 구조에 대해서는 섬우주론에서 채택한 허셜-캅테인 모형이 틀리고, 태양이 은하의 중심에서 멀리 떨어져 있는 섀플리 모형이 더 타당한 것으로 결론이 났다. 전파로 은하중심을 헤집다 1940년대 들어 전파천문학이 발전함에 따라 천문학자들은 전파의 각 파장대의 특성을 이용한 관측으로 우리은하에 네 개의 주요 나선팔이 있으며, 이들이 어떤 분포를 하고 있는지를 알아냈다. 그 결과, 우리은하는 전형적인 나선은하라는 결론을 내렸다. 하지만 우리은하에 막대가 있을 거라는 주장은 1990년대에 들어와서야 일부 천문학자들 사이에서 나왔다. 그러나 확실한 관측에 바탕을 둔 주장이 아니었기 때문에 천문학계에서는 이를 받아들이지 않았다. 막대구조를 확인하기 위해서는 무엇보다 은하의 중심을 들여다보아야 하는 난제가 가로놓여 있었다. 은하 중심이 눈부시게 밝을 뿐만 아니라, 은하 원반의 성간 먼지나 가스, 별 등이 우리의 시선을 가로막고 있기 때문이다. 그러나 가장 산란이 적은 적외선 망원경이 이 문제를 해결해 주었다. 2005년 스피처 적외선 우주망원경이 마침내 은하 중심을 육박했다. 이 스피츠의 관측에 의해 우리은하 중심부에 2만7000광년 길이의 막대구조가 들어앉아 있음을 공식 확인했다. 그리고 우리은하의 팔도 막대구조 끝에서 뻗어나온 2개의 나선팔과, 여기서 가지치기한 2개의 작은 나선팔이 더 있는 전형적인 막대나선은하 형태임이 밝혀졌다. 이로써 우리은하 형태를 결정짓는 화룡점정이 이루어졌고, 덕분에 2005년 이후 우리은하의 형태는 막대나선은하로 확고히 자리매김되었다. 우리은하의 ‘맨얼굴’ 우리은하를 옆에서 보면 프라이팬 위에 놓인 계란 프라이와 흡사한 꼴이다. 가운데 노른자 부분을 팽대부라 한다. 거기에 늙고 오래 된 별들이 공 모양으로 밀집한 중심핵(Bulge)이 있고, 그 주위를 젊고 푸른 별, 가스, 먼지 등으로 이루어진 나선팔이 원반 형태로 회전하고 있다. 그리고 그 외곽에는 주로 가스, 먼지, 구상성단 등의 별과 암흑물질로 이루어진 헤일로(Halo)가 지름 40만 광년의 타원형 모양으로 은하 주위를 감싸고 있다. 천구상에서 은하면은 북쪽으로 카시오페이아자리까지, 남쪽으로 남십자자리까지에 이른다. 은하수가 천구를 거의 똑같이 나누고 있다는 사실은 곧 태양계가 은하면에서 그리 멀리 떨어져 있지 않다는 것을 뜻한다. 은하수는 중심부가 있는 궁수자리 방향이 가장 밝게 보인다. 이 중심부에 태양질량의 약 400만 배인 지름 24km짜리 크기의 블랙홀이 있다는 것이 밝혀졌다. 뿐더러, 이 블랙홀 근처에 작은 블랙홀이 하나 더 있어 쌍성처럼 서로 공전하고 있다는 것이 확인되었다. 어째서 이런 일이? 이것은 바로 과거에 우리은하가 다른 작은 은하를 잡아먹었다는 증거다. 우리은하가 약 10억 년 전 젊은 다른 은하와 충돌, 합병하여 현재의 크기가 되었다고 한다. 우리은하의 지름은 10만 광년, 가장자리는 5000광년, 중심 부분은 2만 광년이다. 은하가 이처럼 납작한 이유는 은하 자체의 회전운동 때문이다. 이 안에 약 4000억 개의 별들이 중력의 힘으로 묶여 있다. 태양 역시 그 4000억 개 별 중의 하나일 따름이다. 태양은 우리은하의 중심으로부터 2만8000광년 거리에 있으며, 나선팔 중의 하나인 오리온 팔의 안쪽 가장자리에 있다. 우리 태양계는 물론, 우리은하 전체가 중심핵을 둘러싸고 회전하고 있다. 태양이 은하중심을 도는 속도는 초속 220km나 되지만, 그래도 한 바퀴 도는 데 2억5000만 년이나 걸린다. 태양이 태어난 지 대략 50억 년이 됐으니까, 지금까지 미리내 은하를 20바퀴쯤 돈 셈이다. 앞으로 그만큼 더 돌면 태양도 종말을 맞을 것이다. 물론 인류는 훨씬 이전에 지구상에서 사라졌을 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

우리은하에는 과연 별이 몇 개나 있을까? 그리고 천문학자들은 그 별의 개수를 어떻게 알아낼까? 미국 뉴욕의 이타카 대학 천문학과 데이비드 콘라이히 박사에 의하면 천문학자들은 은하의 질량을 계산하여 별의 개수를 추정하는 방법을 쓴다고 밝혔다. 그렇다면 은하의 질량을 어떤 방법으로 알아내는지, 그리고 그 질량값에서 별 수를 어떻게 추산하는지 따라가 보도록 하자. 태양계의 지구가 있는 우리은하는 지름이 약 10만 광년에 달하는 막대 나선은하다. 우리은하를 바깥에서 본다면, 은하 중심의 팽대부에서 4개의 나선팔이 뻗어나와 있는 모습을 볼 수 있을 것이다. 2개의 주요 나선팔은 페르세우스 나선팔과 궁수자리 나선팔이고, 다른 2개는 부차적인 것으로, 우리 태양계는 그중 하나인 오리온 팔에 얹혀 있다. 20세기 초까지만 해도 천문학자들은 우리은하가 곧 우주 전체라고 생각하고, 우주의 모든 별들이 은하계의 내부에 있는 거라고 생각했지만, 1920년대에 이것이 턱도 없는 생각이라는 사실이 밝혀졌다. 미국의 신출내기 천문학자 에드윈 허블이 세페이드 변광성을 이용해 안드로메다 성운까지의 거리를 측정해본 결과, 무려 90만 광년 밖에 있는 또 다른 은하임을 알아냈던 것이다. 이는 우리은하 지름의 9배에 해당하는 거리다. 물론 허블의 측정은 큰 오차를 가진 것으로, 현재 안드로메다 은하까지의 거리는 230만 광년으로 결정되어 있다. 그렇다면 우리은하의 지름 10만 광년은 얼마만한 크기일까? 쉽게 상상이 되지 않는 크기지만, 상상할 수 있는 방법이 있다. 지금까지 인류가 끌어낼 수 있는 로켓의 최대 속도는 초속 23㎞다. 이는 2015년 명왕성을 근접비행한 NASA 탐험선 뉴호라이즌스가 목성의 중력보조를 받아 만들어낸 속도로 지구 탈출속도의 2배가 넘는다. 대략 총알보다 23배가 빠르다고 생각하면 된다. 이 뉴호라이즌스에 올라타고 은하를 호기롭게 가로질러 가보도록 하자. 얼마나 걸릴까? 1광년이 약 10조㎞니까, 10만 광년은 약 100경㎞다. 1 다음에 0이 18개나 붙는 엄청난 숫자다. 이 거리를 뉴호라이즌스가 초속 23㎞로 밤낮없이 달린다면 우리은하를 가로지르는 데 약 14억 년이 걸린다. 이는 우주 역사 138억 년의 약 10분의 1에 해당하는 시간이다. 우리 인류에게 거의 영겁이라 할 만하다. 우리은하만 하더라도 이처럼 광대하다. 여름에 빛공해가 덜한 시골에서 밤하늘을 올려다보면 뿌연 강처럼 보이는 은하가 하늘을 가로지르는 광경을 볼 수 있다. 모두 별들이 뭉쳐져 만들고 있는 풍경이다. 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 별의 수는 몇천 개에 지나지 않는 만큼 눈으로 우리은하의 별을 다 셀 수는 없다. 뿐더러 1초에 하나씩 센다고 쳐도 100년을 세어야 겨우 30억 개를 셀 수 있을 뿐이다. 그렇다면 천문학자들은 그 많은 숫자를 어떻게 계산했을까? 비결은 우리은하 전체의 질량을 재고, 그 다음 별의 평균 질량으로 나누는 방법이다. 은하의 질량은 은하의 회전속도와 도플러 효과를 이용하면 구할 수 있다. 도플러 효과란 파동을 발생시키는 파원과 그 파동을 관측하는 관측자 중 하나 이상이 운동하고 있을 때 발생하는 효과로, 파원과 관측자 사이의 거리가 좁아질 때에는 파동의 주파수가 더 높게, 거리가 멀어질 때에는 파동의 주파수가 더 낮게 관측되는 현상을 말한다. 관측에 따르면, 모든 은하들은 서로 멀어지고 있으며, 은하에서 오는 빛은 도플러 효과에 따라 파장이 길어지므로 스펙트럼의 붉은색 쪽으로 이동한다. 이를 ‘적색이동’이라고 하고, 그 반대는 ‘청색이동’이라 한다. 어떤 종류의 망원경이라도 이런 종류의 분광 작업을 할 수 있지만, 되도록이면 빛공해와 대기의 방해를 받지 않는 우주망원경이 이상적이라 할 수 있다. 다른 까다로운 것은 그 질량의 얼마가 별로 만들어졌는지를 알아내는 작업이다. 은하의 질량을 계산하는 데 필수적으로 감안해야 하는 사항은 암흑물질이다. 대략적인 경우 은하 질량의 약 90%는 암흑물질이다. 암흑물질은 빛을 방출하지 않지만 우주의 질량 대부분을 차지한다고 여겨진다. 일단 가시물질의 질량을 파악해냈다 하더라도 다른 문제가 또 있다. 은하 유형마다 품고 있는 별들의 종류가 같지 않다는 점이다. 예컨대, 나선은하인 우리은하에 비해 나이 많은 타원은하는 K-M형 적색 왜성이 더 많다. 보통 한 은하의 총질량 중 약 3%가 별을 구성하고 있는 것으로 추산되는데, 우리 태양이 별 중 중간치 질량의 별로 볼 때 우리은하가 품고 있는 전체 별의 개수는 추산 방법에 따라 1000억에서 7000억 개라는 진폭이 큰 값들이 나오는데, 현재는 약 4000억 개라는 주장이 대세를 이루고 있다. ‘코스모스’의 저자 칼 세이건도 4000억 개에 손을 들어주고 있다. 현재 유럽우주국(ESA)의 가이아 탐사선은 우리은하의 별 약 10억 개에 대한 3차원 지도작업을 수행하고 있는 중이다. 가이아의 미션이 끝나면 우리은하의 별 개수를 더욱 정확히 결정할 수 있게 될 것으로 보인다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

우리의 개념이 모여있을만큼 친숙한 안드로메다 은하(M32·이하 안드로메다)가 20억 년 전 이웃 은하 하나를 꿀꺽 삼켰다는 흥미로운 연구결과가 나왔다. 최근 미국 미시간 대학 연구팀은 오래 전 안드로메다가 국부 은하군에 속해있는 거대 은하를 삼킨 것으로 보인다는 논문을 ‘네이처 어스트로노미'(Nature Astronomy) 최신호에 발표했다. 망원경이 없어도 보일 만큼 거대한 안드로메다는 우리은하와 가장 가까운 나선은하로, 마젤란 은하 등 여러 은하들과 함께 국부 은하군에 속한 이웃사촌이다. 인류의 신화 속에도 등장할 만큼 친숙하지만 우리와의 거리는 무려 250만 광년으로 상상을 초월한다. 특히 안드로메다는 우리은하와 비교해보면 덩치는 2배 이상, 별의 개수는 최소 1조 개가 넘을 만큼 거대해 우리 동네에서는 한마디로 ‘대장'인 셈이다. 이번에 연구팀은 주목한 것은 안드로메다의 바깥을 둘러싸고 있는 구모양의 헤일로(halo)다. 은하 주변에 존재하는 물질과 암흑물질의 모임인 헤일로는 마치 유령같은 존재로 가시광 영역에서는 보이지 않는다. 안드로메다의 헤일로는 100만 광년에 걸쳐 뻗어있는 것으로 추정되는데, 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이것이 거대한 다른 은하를 먹어치우면서 형성된 것으로 파악했다. 연구팀의 가설을 종합하면 20억 년 전 국부 은하군에서 안드로메다보다는 작지만 우리은하만큼이나 거대한 ‘M32p'라는 이름의 은하가 존재했으나 안드로메다가 이와 충돌, 합병하면서 현재의 모습이 됐다는 결론이다. 논문의 선임저자인 리처드 디 수자 박사는 "안드로메다는 우주에서 가장 별이 촘촘히 모여있는 괴짜 은하 중 하나"라면서 "별이 폭발적으로 생성되는 은하로 젊은 별과 무질서하게 움직이는 늙은 별이 공존한다"고 설명했다. 이어 "이번 연구는 은하의 진화를 이해하는데 도움을 줄 것"이라고 덧붙였다. 한편 안드로메다는 영겁의 시간이 지나면 흥미롭게도 우리 곁으로 다가온다. 전문가들에 따르면 현재 두 은하는 시간당 40만㎞ 속도로 접근하고 있는 중이다. 결과적으로 37억 년 정도 후면 두 은하가 충돌하고 65억 년 뒤면 완전히 합체해 거대한 타원은하가 된다. 천문학자들이 태어나지도 않은 이 은하에 붙여놓은 이름은 두 은하의 이름을 합친 ‘밀코메다'(Milkomeda)다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

거대한 두 개의 은하가 서서히 충돌해 생긴 '우주의 혼돈'이 카메라에 포착됐다. 지난달 31일(현지시간) 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경으로 촬영한 NGC 3256의 모습을 사진으로 공개했다. 지구에서 무려 1억 광년 떨어진 곳에 위치한 NGC 3256은 히드라-센타우루스 초은하단( Hydra-Centaurus Supercluster)의 구성원으로 전체적인 사이즈는 우리 은하와 비슷하다. 천문학자들의 관심을 끄는 이유는 두 개의 은하가 서로 접근해 충돌하고 있기 때문이다. 전문가들은 약 5억년 전 부터 두 개의 나선은하가 충돌을 시작해 지금은 막바지 단계에 접어든 것으로 보고있다. 결과적으로 지금의 모습은 두 은하의 '합병'이 남긴 혼돈을 사진으로 보여주고 있는 셈이다. 다만 두 은하가 합병한다고 해도 각각의 별들이 직접적으로 충돌할 가능성은 거의 없다. 이는 천체들의 먼 거리 때문이지만 그 주위를 둘러싼 가스와 먼지등은 지금도 활발히 충돌하고 있을 것으로 보인다. 한가지 더 흥미로운 사실은 합병 과정에서도 수많은 별들은 탄생하고 있다는 점이다. 사진 속에서 파랗게 빛나는 점들은 새롭게 태어난 어린 별들로 가스와 먼지의 충돌이 만들어낸 결과물이다. 　 　 　 　　 사진=NASA, ESA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우리 은하에서 가까운 이웃 은하들의 모습을 그 어느 때보다 선명하게 보여주는 이미지가 공개됐다.미국항공우주국(NASA)은 17일(현지시간) 천문학자들이 허블우주망원경으로 이웃 은하들을 관측해 고해상도 이미지를 만들어냈다고 밝혔다. 이들 연구자는 허블우주망원경의 새로운 적외선 관측 자료를 기존 자료와 결합해 무수히 많은 별이 만들어지고 있는 나선은하와 왜소은하 등 이웃 은하 50개의 이미지를 제작했다. ‘레거스’(LEGUS·Legacy ExtraGalactic UV Survey)로 명명된 이 프로젝트는 각 은하의 이미지뿐만 아니라 그 안에 있는 성단과 항성 목록까지 포함돼 있다. 이번 조사연구를 이끈 미국 매사추세츠대 애머스트캠퍼스의 다니엘라 칼제티 교수는 “지금까지 자외선 관측 자료를 포함한 성단과 항성 목록이 작성된 적은 없다”면서 “자외선은 천문학자들이 항성의 나이는 물론 형성 방법을 알아내는 데 도움을 주는 가장 뜨겁고 어린 별 집단을 추적하는 주요 인자”라고 설명했다. 성단 목록에는 100만 년부터 5억 년까지 약 8000개의 젊은 성단이 포함됐다. 이런 ‘항성 군집’(별들이 모여있는 것)은 우리 은하에서 볼 수 있는 가장 큰 성단보다 10배 더 크다. 또 항성 목록에는 우리 태양보다 최소 5배 더 큰 항성이 3900만 개가 있다. 가시광선 자료에는 100만 년에서 몇십억 년 사이에 있는 별들이 있고, 자외선 자료에는 100만 년에서 1억 년 사이에 있는 가장 어린 별들이 있다. 이같은 허블의 관측 자료는 이웃 은하들을 분석하기 위한 모든 정보를 제공해준다. 미국 우주망원경과학연구소(STScI)의 엘레나 새비 박사는 “우리는 다른 천문학자들에게도 항성과 성단 목록 자료를 해석하는 데 도움이 되도록 컴퓨터 모델을 제공한다”면서 “예들 들면 연구자들은 하나의 특정 은하나 일련의 은하에서 별들이 형성되는 방법을 조사할 수 있다”고 말했다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인류가 살고있는 ‘우리은하’(Milky Way Galaxy)가 초당 500m로 점점 커져서 결국 안드로메다은하와 충돌할 것이라는 흥미로운 연구결과가 나왔다. 최근 스페인 카나리아 제도 천체물리학연구소(IAC) 측은 우리은하가 계속 커지고 있다는 내용의 논문을 영국 리버풀에서 열린 유럽천문학학회에서 발표했다. 지름이 10만 광년에 달하는 우리은하는 나선같은 형태를 하고 있어 나선은하로 분류되지만 그 중심에 별들로 구성된 막대모양의 구조가 있어 막대나선은하에 속한다. 이중 인류가 살고있는 태양계는 우리은하의 중심에서도 3만 광년이나 떨어진 나선팔 부근에 자리잡고 있다. 한마디로 인류는 우리은하의 중심에서도 한참이나 떨어진 ‘변두리’에 살고있는 셈이다. 이번 연구는 우리은하와 유사한 여러 은하를 관찰하고 이를 바탕으로 한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이루어졌다. 우리은하의 가장자리 주변부에 가스와 먼지로 이루어진 은하 디스크(Galactic disc)가 존재하고, 그 속에서 수많은 별들이 탄생하면서 점점 덩치가 커지고 있다는 것이 연구팀의 설명이다. 연구를 이끈 크리스티나 마르티네즈-롬비야 박사는 "우리은하는 이미 매우 큰 존재지만 외곽에서도 별들이 탄생하면서 서서히 커지고 있다"면서 "초당 500m로 빠른 속도는 아니지만 30억 년 후면 지금보다 5%는 더 커져있을 것"이라고 전망했다. 흥미로운 점은 점점 커진 우리은하가 이웃한 안드로메다은하와 충돌할 것이라는 예측이다. 안드로메다는 '우리의 개념'이 모여들만큼 친숙한 은하지만 무려 250만 광년이나 떨어져있다. 그러나 맑은 날 밤하늘을 올려다보면 맨 눈으로도 뿌옇게 보일 만큼 우리에게 익숙하다. 최소 1억 개 부터 1조 개 까지 정확한 별의 숫자도 모를 만큼 연구할 것이 많은 안드로메다 역시 우리 곁으로 접근 중이다. 물론 두 은하의 충돌은 영겁의 세월이 지난 후로, 연구팀은 40억 년이 지난 후에야 두 은하가 충돌해 거대한 타원은하가 될 것으로 예측하고 있다. 천문학자들은 태어나지도 않은 이 은하에 이미 ‘밀코메다‘(Milkomeda)라는 이름을 만들어 놓았다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우리가 살고있는 우리 은하와 닮은 은하의 환상적인 모습이 사진으로 공개됐다. 지난 3일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 'NGC 7331'의 모습을 공개했다. 지구에서 페가수스 자리 방향으로 약 4500만 광년 떨어진 곳에 위치한 NGC 7331은 우리 은하와 같은 나선은하다. 은하의 크기와 구조도 우리 은하와 비슷해 '쌍둥이 은하'로 불릴 정도. 마치 '은하쇼'를 벌이는듯 환하게 빛나는 나선팔이 우주를 아름답게 비추는데 특히 노란색으로 보이는 그 중심 인근에는 초신성이 자리잡고 있다. 이 초신성의 이름은 'SN 2014C'. 초신성(超新星)이란 항성 진화의 마지막 단계에 이른 별이 폭발하면서 생긴 엄청난 에너지를 순간적으로 방출하는 것으로, 그 밝기가 평소의 수억 배에 이르렀다가 서서히 낮아진다. 초신성 SN 2014C는 특히나 이제까지 본 적 없는 독특한 특징을 갖고있다. 초신성은 수소가 거의 없는 Type I이 가장 흔하고 수소가 풍부한 Type II는 드물다. 그러나 SN 2014C는 Type I에서 Type II로 1년 만에 변했다. 과학자들이 그 원인을 알아내기 위해 노력하고 있으나 현재까지 확실한 답을 알아내지 못했다. 사진=ESA/Hubble & NASA/D. Milisavljevic (Purdue University)　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

마치 우주의 역사를 이끄는듯한 수레바퀴 천체가 멀리 우주에서 포착됐다. 지난 20일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 신비로운 은하의 모습을 사진으로 공개했다. 사진 속 수레바퀴 모양으로 빛나는 오른쪽에 위치한 천체는 모습 그대로 이름도 '수레바퀴 은하'(Cartwheel Galaxy)다. 남반구 별자리인 조각가 자리에 위치한 수레바퀴 은하는 지구에서 약 5억 광년 떨어져 있으며 지름은 15만 광년으로 우리은하보다 50% 더 크다. 사진 속 푸른색으로 빛나는 링 속에는 적어도 수십억개의 어린 별들로 가득차있다. 흥미로운 점은 수레바퀴 은하가 왜 이같은 특이한 모습을 갖게 됐느냐는 점이다. 당초 수레바퀴 은하는 우리은하와 비슷한 모습의 나선은하였다. 그러나 1억 년 전 작은 은하가 수레바퀴 은하와 충돌하며 관통했고 이로인해 이같은 모습으로 변했다는 것이 전문가들의 추측이다. 곧 호수에 돌을 던졌을 때 나타나는 파동이 우주에 그림처럼 새겨진 것이다. 또한 수레바퀴 은하를 이 '꼴'로 만든 유력한 '용의자'는 왼쪽의 작은 두 은하지만 아직 전문가들은 '진범'을 특정하지는 못했다. 이 사진은 지난 2010년 허블우주망원경이 촬영한 데이터를 보정한 것이다. 　 사진=ESA/Hubble & NASA　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

신이 셀 수 없이 많은 보석을 우주에 뿌린다면 이같은 모습으로 빛날까? 지난 12일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 보석같은 은하의 모습으로 홈페이지에 공개했다. 찬란한 보석같은 아름다운 사진 속 대상은 다름아닌 우리가 사는 곳인 '우리은하'(Milky Way Galaxy)다. 지름이 10만 광년에 달하는 우리은하는 나선같은 형태를 하고 있어 나선은하로 분류되지만 그 중심에 별들로 구성된 막대모양의 구조가 있어 막대나선은하에 속한다. 이중 태양계는 우리은하의 중심에서도 3만 광년이나 떨어진 나선팔 부근에 자리잡고 있다. 한마디로 인류는 우리은하의 중심에서도 한참이나 떨어진 '변두리'에 살고있는 셈이다. 우리 은하의 중심부를 담고있는 이 사진에는 이제 운명을 다한 적색으로 보이는 적색거성과 우주적인 관점에서는 막 태어난 푸른색 별들의 모습이 담겨있다. 우리의 태양 역시 사진 속 수많은 별들처럼 100억년 쯤 지나면 적색거성 단계를 거쳐 생을 마감한다. 그러나 별의 최후는 역설적으로 새로운 별의 탄생을 가져온다. 죽어가는 별이 내뿜는 가스는 다시 뭉쳐서 새로운 세대의 별이 되기 때문으로 공개된 이 사진은 어찌보면 우주의 생로병사를 모두 담고있다. 　 사진=NASA, ESA, and T. Brown (STScI) 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

마치 우리은하의 모습을 멀리서 지켜보는 것과 같은 환상적인 은하의 모습이 망원경에 포착됐다. 지난 6일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블 우주망원경에 장착된 광시야행성카메라2(WFPC2)로 촬영한 은하의 사진을 공개했다. 나선 모양의 팔이 주위를 휘감고 있는 이 은하의 이름은 'UGC 6093'. 지구에서 약 5억 광년 떨어진 사자자리에 위치한 UGC 6093은 그 모습 때문에 나선은하의 한 종류인 막대나선은하(barred spiral galaxy)로 분류된다. 일반적으로 은하는 지구에서 바라본 형태에 따라 둥그런 타원은하와 나선은하, 불규칙 은하 등으로 구분된다. 이중 나선은하는 제대로 그 모습을 갖춘 정상나선은하와 막대나선은하로 나뉜다. UGC 6093의 경우 그 중심에 별들로 구성된 막대 모양의 구조와 여러 개의 나선팔이 있어 막대나선은하에 속한다. 우리은하 역시 모습이 이와 유사한 막대나선은하다. 한가지 더 흥미로운 점은 UGC 6093이 짧은 시간 많은 양의 에너지를 방출하는 '활동은하'(active galaxy)라는 사실. 특히나 활동은하의 에너지원은 그 중심핵에 있는데 전문가들은 이를 '활동은하핵'(AGN)이라 부른다. 그 정체에 대해서는 의견이 다소 엇갈리지만 UGC 6093 중심에는 초질량블랙홀이 주위 물질을 게걸스럽게 잡아먹으며 강력한 자외선을 방출하는 것으로 보인다. 사진=ESA/Hubble & NASA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

과학자들은 우주의 과거를 연구하기 위해 멀리 떨어진 천체를 관측한다. 100억 년 전 은하를 관측하면 사실 지구에 도달하는 빛은 100억 년 전의 것이기 때문에 우리는 그만큼 과거의 모습을 볼 수 있다. 최신 관측 기술과 장치를 동원해 먼 우주를 관측한 과학자들은 초기 우주에는 현재와 같은 대형 나선은하는 드물고 아직 작고 어린 불규칙 은하가 흔했으며 이들이 합체와 진화를 통해서 현재의 나선은하로 성장해왔다는 사실을 밝혀냈다. 최근 호주 국립대학(ANU) 연구팀은 하와이에 건설된 제미니 노스(Gemini North) 망원경을 이용해 역대 가장 먼 거리인 110억 광년에 위치한 초기 나선 은하를 발견했다.(사진) 물론 동시에 가장 오래전 형성된 나선 은하를 발견한 것이기도 하다. 이 발견은 망원경에 설치된 NIFS(Near-infrared Integral Field Spectrograph) 장치와 중력 렌즈 효과를 이용해서 이뤄졌다. 중력 렌즈는 중력에 의해 빛의 경로가 변경되어 마치 렌즈 같은 역할을 하는 것으로 일찍이 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 예측되었으며 현재 천문학에서 널리 활용되고 있다. 사실 이 정도 거리에서는 은하라도 작은 점으로 보이므로 강력한 중력 렌즈의 도움 없이는 상세한 관측이 어렵다. A1689B11라고 명명된 이 나선은하는 아직 어린 은하이지만, 나선 팔의 형태를 어느 정도 갖추고 있다. 하지만 현재의 성숙한 나선은하와는 달리 매우 빠르게 별을 생성하면서 성장 중이다. 이 시기의 은하는 별의 재료가 되는 가스는 풍부하지만, 별은 적어서 새로운 별이 빠르게 생성되기 때문이다. 연구팀은 이 별이 현재의 은하와 비교해 20배는 빠른 속도로 별을 생성한다는 것을 파악했다. 그야말로 폭풍 성장이라고 할 수 있는데, 그 속도는 비슷한 나이의 초기 은하와 비슷하다. 과학자들은 우리 은하 같은 나선 혹은 막대 나선은하가 우주 초기부터 생성되었다고 보고 있다. A1689B11는 이를 입증할 좋은 증거일 뿐 아니라 우리 은하의 초기 모습을 알아볼 수 있는 기회를 제공한다. 하지만 과학자들은 더 강력한 망원경으로 더 먼 과거를 보고 싶어 한다. 앞으로 발사가 예정된 제임스 웹 우주 망원경과 지상에 건설 중인 차세대 망원경이 본격적으로 관측을 시작하면 더 먼 과거의 우주 역시 우리 앞에 모습을 드러낼 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

우리 은하는 지름 10만 광년 정도의 나선은하다. 하지만 그렇다고 해서 10만 광년 밖에 별이 전혀 없는 것은 아니다. 우리 은하의 나선 팔 밖에도 숫자는 적지만 별과 위성은하, 그리고 은하 헤일로라고 부르는 희박한 가스의 구름이 있다. 그런데 이렇게 먼 곳까지 별이 존재하는 이유는 무엇일까? 과연 우리 은하에서 나온 별일까? 아니면 반대로 우리 은하로 들어오는 외부 은하의 별일까? 하버드 스미스소니언 천체물리학 연구소의 과학자들은 우리 은하에서 확인된 가장 먼 별이 실제로 우리 은하에서 기원한 것인지를 검증하기 위해서 시뮬레이션을 진행했다. 11개의 별이 선택되었는데, 이 별의 평균 거리는 30만 광년으로 우리 은하에 중력에 묶여 있는 별 가운데 가장 먼 것들이다. 연구팀은 다양한 조건에서 별이 그 위치에 있을 가능성을 조사했다. 그 결과 이 11개의 별은 우리 은하에서 기원한 별이 아닌 것으로 나타났다. 적어도 5개는 우리 은하의 가까운 위성은하인 궁수자리 왜소은하에서 기원했을 가능성이 크고, 나머지 6개 역시 정확히 기원을 알 수 없는 다른 은하에서 기원했을 가능성이 큰 것으로 나타났다. 이와 같은 연구 결과는 우리 은하를 이루는 별 가운데 일부는 외부 은하에서 기원했을 가능성을 시사한다. 외부 은하에서 탈출한 별이 중력에 의해 우리 은하에 잡혀 우리 은하의 일부가 된 셈이다. 과학자들은 은하 사이의 별과 가스 교환이 종종 일어난다고 보고 있다. 그렇다면 가장 멀리 떨어진 별은 우리 은하로 진입하는 과정에 있는 외부 은하의 별일 가능성이 큰 것이다. 사실 별의 입장에서 다른 은하로 떠난다는 것은 수십 억 년의 시간이 걸리는 긴 여행이다. 이 여행을 가능하게 만드는 것은 물론 중력이다. 지금도 우주에는 정든 고향을 떠나 다른 은하로 향하는 방랑자 별이 있을지 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

아득한 우주 저편에서 진행 중인 '아름다은 은하 충돌' 현장이 허블 우주망원경에 포착되었다. 망원경에 비친 풍경은 고요하기 짝이 없지만, 사실은 풍부한 가스를 가진 두 나선은하가 격렬한 충돌을 하고 있는 드라마틱한 사건 현장이다. 미항공우주국(NASA)은 지난 10일(현지 시간) 허블 우주망원경이 촬영한 충돌 중인 은하의 모습을 공개했다. 허블 망원경이 잡은 이 은하는 적외선천문위성((IRAS·Infrared Astronomical Satellite)이 발견한 'IRAS14348-1447'이라는 이름의 은하로, 두 은하가 결합된 것이다. 지구로부터 10억 광년 이상 떨어진 곳에 있는 IRAS14348-1447 은하는 '초고광도 적외선 은하'로 알려져 있다. 이 은하 유형의 특징은 적외선 파장에서 믿을 수 없을 정도로 밝게 빛나는데, 실제로 IRAS14348-1447에서 뿜어져 나오는 에너지의 95%는 원적외선이다. 은하 내의 풍부한 분자 구름이 이러한 원적외선을 방출한다고 NASA 관계자가 밝혔다. 두 은하가 가진 분자 구름은 서로 뒤섞이거나 엉킬 때 극적인 변화를 보여주는데, 때로는 환상적인 모습을 연출하기도 한다. 이 같은 은하 충돌은 접근하던 두 은하가 중력으로 상호작용함으로써 병합되는 전 과정이라 할 수 있는데, 충돌은 수백만 년에 걸쳐 진행되기도 한다. 그러나 두 은하의 별들이 서로 충돌하는 경우는 거의 없다. 별과 별 사이의 거리가 워낙 멀기 때문에 서로 섞여들어 한 은하의 식구가 되는 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우주에는 우리가 살고있는 은하 뿐 아니라 수많은 은하가 존재한다. 흥미로운 점은 우리 은하와 이웃한 안드로메다 은하가 시간당 40만km 속도로 우리에게 접근하고 있다는 사실이다. 결과적으로 37억 년 정도 후면 두 은하가 충돌하고 65억 년 뒤면 완전히 합체해 거대한 타원은하가 된다. 그렇다면 은하가 서로 충돌하면 어떤 일이 벌어질까? 　 최근 미 천문학자들은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해 포착한 두 나선은하의 충돌 모습을 공개했다. 사진 속 은하는 지구에서 약 1억 1400만 광년 떨어진 머나먼 곳에 위치한 NGC 2207과 IC 2163. 서로를 휘감으며 이제는 사람의 눈동자 모양처럼 변해가고 있는 두 은하는 막대한 양의 질량을 흡수하면서 새로운 별들을 ‘창조’한다. 곧 이 사진은 은하의 충돌로 인한 파괴의 과정이면서 동시에 창조의 모습인 셈. 연구를 이끈 미셀 카우프만 박사에 따르면 서로 접근해 결국 충돌한 두 은하는 내부에 가지고 있던 가스를 상상하기 힘든 속도로 상대방에서 쏟아낸다. 이에 붙은 별칭도 '별과 가스의 쓰나미'. 카우프만 박사는 "우주에서 은하 간의 충돌은 그리 희귀한 현상은 아니다"면서 "눈같은 모양은 수천 년 간 지속되겠지만 이는 은하의 일생으로 보면 짧은 순간에 불과하다"고 설명했다.　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우주의 심연에는 인간의 머리로는 상상할 수 없는 현상이 발생한다. 그중 하나는 거대한 은하끼리 서로 충돌해 하나의 은하로 탄생하는 것이다. 10일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 두 나선은하의 충돌 모습을 ‘오늘의 천체사진’(APOD)으로 공개했다. 사진 속 충돌로 인해 특유의 나선 모양이 일그러지는 두 은하는 NGC 7318(각각 NGC 7318a, NGC 7318b)이다. 지구로부터 무려 3억 광년 떨어진 페가수스자리에 위치한 NGC 7318은 서로 충돌 중인 상태로, 이 과정에서 중력이 일그러지고 가스를 배출하며 수많은 별들이 탄생한다. 영겁의 세월이 흐르면 결국 하나의 은하가 될 운명으로 우리 은하 역시 37억 년 정도 후면 안드로메다 은하와 충돌하고 65억 년 뒤면 완전히 합체해 거대한 타원은하가 된다. 특히 NGC 7318은 '스테판의 5중주'의 일원(아래 사진 참고)이다. 프랑스의 천문학자인 스테판이 1877년 처음 관측한 스테판의 5중주(Stephan‘s Quintet)는 5개의 은하가 모여 아름다운 풍경을 만든다고 해 이같은 이름이 붙었다. 흥미로운 점은 NGC 7320(아래 사진의 왼쪽 위)은 지구에서 4000만 광년 떨어진 반면, NGC 7318를 포함한 나머지 은하들은 약 3억 광년 떨어진 은하라는 사실이다. 실제로는 4개만 서로 인접해 있어 5중주가 아니라 4중주인 셈이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr