과학자들은 우리 은하에서 수천 개 이상의 외계 행성을 발견했다. 그리고 우주 공간에서 다양한 유기물이 생성될 수 있다는 증거도 발견했다. 이 두 가지 사실을 조합하면 우리 은하에 생명체를 지닌 행성이 지구만이 아닐 것이라는 결론에 도달하게 된다. 아직 지구 이외의 행성에서 생명체가 살고 있다는 결정적 증거는 발견하지 못했지만, 많은 과학자들은 이를 찾기 위해 노력하고 있다. 그런데 우리 은하 밖 다른 은하의 사정은 어떨까? 이웃 은하 가운데 가장 가까운 은하로 대마젤란은하(Large Magellanic Cloud, LMC)가 있다. 우리 은하의 위성 은하로 왜소은하지만, 1만 4,000광년의 지름과 태양 질량의 100억 배의 질량을 가진 은하이기도 하다. 지구에서 거리는 16만 광년으로 결코 가까운 거리는 아니지만, 외부 은하 가운데서는 가까운 편에 속하기 때문에 많은 관측이 이뤄진 은하이기도 하다. 과거 과학자들은 대마젤란은하가 젊고 원시적인 은하라는 증거를 발견했다. 마젤란 은하는 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며 무거운 원소의 비중은 작다. 무거운 원소는 별의 핵융합 반응이나 초신성 폭발의 결과로 생기기 때문에 이런 원소가 많을 수록 이미 죽은 별이 많은 오래된 은하다. 따라서 과학자들은 대마젤란은하에 탄소, 산소, 질소를 포함한 유기물 분자가 거의 없을 것으로 생각해왔다. 하지만 최근 국제 과학자팀은 세계 최대 전파 망원경인 ALMA를 사용해 대마젤란은하에서 예상치 못했던 유기 분자를 발견했다. 메탄올, 디메틸에테르, 포름산 메틸 등이 그것이다. 비록 그 자체가 생명체의 증거는 아니지만, 이런 유기 분자가 이렇게 먼 거리에서 발견된다는 이야기는 이보다 더 복잡한 유기물이 이 은하의 가스에 포함되어있음을 시사한다. 대마젤란은하에는 별이 태어나는 성운도 존재하기 때문에 어쩌면 지금 태어나는 새로운 별 주변에는 지구처럼 생명을 잉태할 수 있는 행성이 존재할지 모른다. 과학자들은 이번 발견이 외부 은하에도 생명체를 이루는 데 필요한 유기물이 존재한다는 것을 보여줌과 동시에 우리 은하가 지금보다 젊을 때도 태양계처럼 유기물이 풍부한 행성계가 생성될 수 있던 이유를 설명해준다고 보고 있다. 젊은 은하라도 생각보다 유기물이 적지 않으므로 태양계 같은 행성계가 형성될 수 있다. 물론 거리를 생각할 때 대마젤란은하에 생명체를 지닌 행성이 있다고 해도 지금 우리가 그 사실을 확인할 방법은 없다. 하지만 지구가 우주에서 특별한 장소가 아니라 평범한 행성인 것과 마찬가지로 우리 은하 역시 특별한 장소가 아니라 평범한 은하 중 하나임을 다시 확인해준 결과로 해석된다. 결국, 생물체가 탄생한 은하 역시 우리 은하 하나가 아닐 가능성이 커진 셈이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

은하 중심에는 거대 질량 블랙홀이 존재한다. 우리 은하의 경우 태양 질량의 400만 배에 달하는 대형 블랙홀이 있으며 안드로메다은하에는 더 거대한 은하 중심 블랙홀이 존재한다. 보통 블랙홀은 SF 영화에서는 주인공이나 악당이 탄 우주선을 빨아들이는 괴물 정도로 묘사되지만, 과학자들은 거대 질량 블랙홀이 은하의 진화에서 매우 중요한 역할을 하고 있다고 생각한다. 태양 질량의 100만 배 이상의 거대 질량 블랙홀(supermassive black hole)은 물질을 흡수하기만 하는 것이 아니라 주변으로 강력한 에너지와 제트를 내뿜는 존재다. 따라서 은하 전체의 가스 온도를 높여 별의 생성을 억제한다. 은하가 어느 정도 성장한 후에는 별의 생성 속도가 정체된 나이든 은하가 되는 것은 블랙홀의 힘이 큰 것으로 생각된다. 하지만 우주에는 우리 은하 같은 대형 은하보다는 왜소은하(dwarf galaxy)가 50배 더 흔하다. 왜소은하라도 해도 태양 질량의 1억 배에서 수십 억 배의 질량을 지닌 큰 천체지만, 중심에 거대 질량 블랙홀을 만들기에는 질량이 부족하다고 여겨졌다. 따라서 과학자들은 왜소은하가 정적인 은하가 되는 것은 가스를 다른 대형 은하에 빼앗기는 등 다른 기전이 있다고 생각해왔다. 하지만 포츠머스대학 연구팀은 Sloan Digital Sky Survey(SDSS)의 Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory(MaNGA) 데이터를 분석해서 작은 은하에서도 활동적인 은하 중심 블랙홀이 있을 뿐 아니라 가스를 가열하고 있다는 증거를 발견했다. (위의 사진에서 작은 사각형 안) 이는 왜소은하에서도 대형 은하와 마찬가지 방식으로 별의 생성이 억제될 수 있다는 점을 보여준다. 왜소은하에서도 거대 질량 블랙홀의 활동이 무시할 수 없을 정도로 크다면 현재의 은하 진화 이론을 다시 검토해야 할 가능성이 커진다. 일반적으로 블랙홀은 무엇이든지 흡수하는 괴물로 우리의 삶과는 동떨어진 존재로 생각된다. 하지만 실제로는 지금 우리가 사는 은하의 모습을 만드는 데 큰 영향을 미친 숨은 재주꾼이다. 또 단순히 물질을 흡수하는 것만 것 아니라 에너지와 물질을 방출해 주변 환경에 큰 영향을 미친다. 과학자들은 블랙홀의 진짜 모습을 이해하기 위해 계속해서 연구를 진행할 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　 　　

우리 은하는 주위에 여러 위성 은하를 지닌 대형 은하다. 대부분의 위성 은하는 눈으로 볼 수 없는 매우 희미하고 어두운 왜소은하지만, 대마젤란은하와 소마젤란은하는 예외다. 위성 은하 가운데서 가장 큰 이 두 마젤란은하는 눈으로도 볼 수 있을 뿐 아니라 망원경으로도 많은 관측이 이뤄져서 외부 은하를 연구하는 과학자들에게 많은 정보를 제공했다. 케임브리지 대학의 과학자들은 유럽 우주국(ESA)의 가이아 관측 위성 데이터를 이용해서 대마젤란은하와 소마젤란은하 사이의 물질 교환을 연구했다. 지금은 이 두 은하가 제법 떨어진 거리에 존재하지만, 과거 더 가까운 장소에서 서로 마주쳤던 증거가 있기 때문이다. 과학자들은 이전 연구를 통해서 두 은하 사이의 가스 흐름이 있다는 사실을 알고 있었다. 동시에 우리 은하 역시 위성 은하에 큰 중력을 행사해 물질을 교환할 수 있다. 가이아는 하나가 아닌 수많은 별을 동시 관측하는 데 특화된 우주 망원경으로 우리 은하와 주변 은하의 지도를 만드는 데 크게 기여했다. 동시에 별의 이동 속도와 방향을 알아내는 데도 많은 이바지를 했다. 이번 연구에서는 두 마젤란은하 주변의 별의 이동을 관측했다. 그 결과 놀랍게도 이 두 은하 사이에 별의 흐름이 있다는 사실이 밝혀졌다. 이 별의 흐름은 두 은하가 지금보다 가까웠던 당시 서로의 중력에 의해 만들어진 것으로 가스의 흐름과 별도로 존재했다. 연구팀은 이를 '별의 다리'(stellar bridge)라고 표현했다. 이 다리는 중력에 의해 만들어진 것으로 일부별은 상대 은하로 흡수되지만, 나머지는 은하 사이에 여전히 존재한다. 이번 발견은 우리 은하와 위성 은하뿐 아니라 위성 은하 사이에도 물질 교환이 이뤄진다는 것을 보여준다. 과학은 이성이 지배하는 학문이지만, 종종 감성적인 표현이 등장하기도 한다. 이번 연구 역시 별의 다리(A bridge of Star)나 별의 흐름(stellar stream)이라는 다소 시적인 표현을 사용했다. 자연의 진리와 아름다움, 그리고 신비함은 사실 서로 떨어진 존재가 아니라 이렇게 서로 함께할 수 있는 것 같다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

2000억에서 4000억 개의 별을 가진 것으로 추정되는 우리 은하나 안드로메다은하와 달리, 몇십 억 개의 별을 가진 작은 은하를 왜소은하라고 부른다. 그런데 이런 왜소은하 여러 개가 중력으로 결합해 있는 ‘왜소은하군’이 사상 처음으로 관측됐다고 천문학자들이 23일(현지시간) 발표했다. 이번 발견은 이런 은하가 모여 우리 은하와 같은 커다란 은하를 형성하고 이때 수수께끼의 암흑물질이 작용한다는 유력한 이론을 뒷받침해 큰 주목을 받고 있다. 세계적 학술지 네이처의 자매지인 ‘네이처 아스트로노미’(Nature Astronomy) 최신호에 실린 이 연구논문에 따르면, 왜소은하군은 이미 이론화돼 있지만 지금까지 확인되지 않았던 것으로, 최근 ‘슬론 디지털 전천탐사’(SDSS)라는 사상 최대 규모의 탐사 자료에서 발견됐다. 이 자료는 2008년 발표된 뒤 정기적으로 업데이트됐다. 이번 연구에서 발견된 왜소은하군은 총 7개. 각각 3~5개의 왜소은하로 구성돼 있다. 그 크기는 우리 은하의 10분의 1에서 1000분의 1 정도까지 다양하다. 왜소은하의 특징은 우리 은하와 달리 새로운 별의 생성을 오래전부터 멈추고 있다. 이번 연구를 이끈 미국국립전파천문대(NRAO)의 천체물리학자 사브리나 스티어월트 박사는 “이런 은하군은 중력으로 묶여 있어 미래에는 융합돼 하나의 큰 중간질량 은하를 형성할 것”이라고 설명했다. 또한 “이번 발견으로 초기 우주에서 은하 등 구조가 어떻게 형성됐는지에 관한 몇 가지 중요한 문제를 해명하는 단서를 얻을 수 있다”고 말했다. 현재 은하 형성에 관한 유력한 이론은 약 137억 년 전 빅뱅이 일어난 뒤 더 작은 은하들이 생겼고 이들이 결합해 더 큰 은하를 형성해 왔다는 것이다. 하지만 이런 융합 과정이 왜소은하 정도의 작은 규모에서 발생했다는 것을 보여주는 증거는 지금까지 답답할 정도로 거의 없었다고 스티어월트 박사는 말한다. 그리고 그 이유 중 하나로 왜소은하의 관측이 어렵다는 것을 꼽고 있다. 참고로 맨눈으로 볼 수 있는 왜소은하는 대마젤란은하와 소마젤란은하가 유일하다. 천문학자들은 10년 전 시점에서 왜소은하를 몇십 개밖에 발견하지 못했다. 이후 망원경의 대형화로 발견 횟수가 늘어나긴 했지만, 지금까지 발견된 왜소은하는 고립된 낱은하(Field galaxy)나 더 큰 은하에게 잡아먹힐 위성은하(satellite galaxy) 중에 한 유형일 뿐이었다. 이에 대해 스티어월트 박사는 “우리가 발견한 것과 같은 저질량 은하로만 구성된 독립적인 은하군은 우리 은하와 같이 더 큰 은하들이 만들어지게 되는 메커니즘을 밝힐 수 있다”고 지적했다. 지구에서 2억~6억5000만 광년 거리에 있는 이번 은하군에 대해서는 “거리가 매우 먼 것처럼 생각되지만 우주의 엄청난 크기를 생각하면 비교적 가까운 것”이라고 설명했다. 연구팀은 이번 발견을 확인하기 위해 칠레 라스 캄파나스 천문대에 있는 발터바데 망원경 등 세계 각지의 망원경으로도 관측을 시행했다. 이제 연구팀은 이번 연구로 우주의 4분의 1을 구성하는 것으로 여겨지고 있는 정체불명의 암흑물질에 관한 이해를 높일 수 있을 것이라고 기대한다. 암흑물질은 우주의 다른 천체에 미치는 중력을 통해서만 감지되는데 미지의 소립자로 구성돼 있을 가능성이 있다. 그런데 왜소은하에는 이보다 큰 은하보다 훨씬 더 많은 암흑물질이 존재하는 경향이 있다고 스티어월트 박사는 말한다. 이는 이런 작은 은하군이 암흑물질의 중력에 영향을 더 잘 받는다는 것. 또한 왜소은하는 비교적 나이가 오래돼 있어 가스나 먼지 같은 파편을 거의 갖고 있지 않아 방해 없이 암흑물질을 조사할 수 있다고 한다. 따라서 왜소은하군은 이런 암흑물질을 이해하기 위한 탐구 과정에 있어서 중요한 역할을 할 수 있는 흥미로운 천체라고 할 수 있다고 연구팀은 말하고 있다. 사진=Kelsey E Johnson, Sandra E Liss, and Sabrina Stierwalt(위) Nature Astronomy 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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

보통 은하라고 하면 우리 은하나 안드로메다 은하처럼 크고 멋진 나선 팔을 가진 대형 은하를 생각한다. 우리에게 가장 친숙한 은하는 역시 우리가 지금 있는 은하이기 때문이다. 하지만 사실 은하의 대부분을 차지하는 것은 작고 불규칙한 모습을 지닌 왜소은하다. 큰 은하보다 작은 은하가 더 많다는 것은 사실 생각해보면 당연한 일인데, 우리 은하처럼 큰 은하 주변에는 수십 개의 작은 왜소은하가 위성은하의 형태로 존재한다. 은하처럼 큰 천체는 쉽게 찾을 수 있을 것 같지만, 과학자들은 아직 찾지 못한 우리 은하 주변 위성은하가 여럿 있다고 보고 있다. 왜냐하면, 새로운 위성은하가 계속 발견되고 있기 때문이다. 지금까지 발견된 우리 은하 주변 위성은하만 50개에 이르는데, 관측기술이 발전하면서 더 희미하고 찾기 어려운 은하가 발견 중이다. 그런데 이번에 가장 희미한 위성은하가 발견됐다. 일본 도호쿠 대학의 과학자들은 8.2m 구경의 스바루 망원경을 이용해서 지구에서 28만 광년 떨어진 위치에 있는 매우 희미한 위성은하를 발견했다. 이 은하는 '비르고 I' (Virgo I)으로 명명되었는데, 극도로 희미한 은하(ultra-faint dwarf galaxies)라는 명칭을 얻었다. 이 은하의 절대등급은 -0.8에 불과해서 우리 은하의 크고 밝은 별 하나에도 미치지 못하는 수준이다. 사실 거리를 생각하면 외부 은하에 있는 별 하나를 찾아내는 수준으로 어려운 일이다. 이번에 이 은하를 찾아낸 것은 스바루 망원경의 하이퍼 슈프림 캠(Hyper Suprime-Cam) 장치 덕이다. 이를 통해서 이제까지 베일에 가려 있던 희미한 은하의 정체가 밝혀졌다. 하지만 이번 발견의 의미는 단순히 희미한 은하를 찾았다는 것이 아니다. 이 은하가 희미한 이유는 어두운 별로 구성되었을 뿐 아니라 일반적인 물질 대신 암흑물질이 많은 비중을 차지하고 있기 때문이다. 과학자들은 우주 대부분이 암흑물질과 암흑에너지로 구성되어 있다고 생각하고 있다. 하지만 사실 망원경으로 찾아낸 물질과 암흑물질은 현재 은하 사이의 중력을 설명하기에 충분치 않다. 아직 찾지 못한 물질과 암흑물질이 있다는 이야기다. 이번 발견은 아직 우리가 모르는 희미한 은하 수백 개가 존재할 가능성을 시사한다. 숨겨진 질량을 찾기 위해 과학자들은 앞으로 더 많은 은하를 찾아 나설 것이다. 지금 보이는 것만이 아니라 아직 찾지 못한 은하에도 진리가 숨어있기 때문이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com 　

수십억 년 걸린 은하 형성을 100초 만에 본다 우리은하가 오늘날과 같은 방대한 규모와 복잡한 구조를 갖추기까지는 수십 억 년에 이르는 시간이 걸렸다. 우리은하가 초창기에 물질을 모으기 시작해서 거대한 별들의 나선 디스크를 만들어나가기까지는 오랜 시간 동안 복잡한 진행과정을 거쳐야 했다. 이 같은 우리은하의 형성과정을 이해하기 위해 여러 해 동안 연구해온 천문학자들은 마침내 그 대강의 형성과정을 알아내기에 이르렀다고 영국 일간지 데일리메일이 12일(현지 시간) 보도했다. 이들은 우리은하의 형성과정을 대용량의 컴퓨터를 동원, 상세한 시뮬레이션으로 구현했는데, 그 덕분에 우리는 수십억 년에 이르는 은하 탄생의 전 과정을 100초 남짓 만에 볼 수 있다. 이 시뮬레이션은 동시에 우리은하에 관한 20년 묵은 미스터리를 풀어주었는데, 수많은 왜소은하들이 우리은하 주변을 떠돌고 있을 거라는 예측이 있었지만, 확인된 숫자는 겨우 30%에 지나지 않고 있어 그 나머지의 행방은 미스터리에 싸여 있었다. 왜소은하의 숫자는 우리은하 주변에 둘러싸고 있는 암흑물질을 조사함으로써 예측된 것이다. 이 '사라진 왜소 위성은하 문제'는 이전에도 컴퓨터 시뮬레이션으로 추적되었지만 여전히 풀리지 않는 미스터리로 남아 있었다. 하지만 캘리포니아 공과대학(Caltech) 연구자들이 만든 새 시뮬레이션은 우리은하 형성에 관련된 왜소은하들의 정확한 숫자를 보여주고 있다. 논문 대표저자인 칼텍의 앤드류 웨츨 박사는 "우리은하 둘레의 왜소은하와 같은 것들을 시뮬레이션이 생성해내는 것을 본 바로 그때, 깨달음의 순간이 찾아왔다"고 말했다. 초신성 폭발의 강력한 푹풍이 왜소은하들을 찢어버린 것이다. 시뮬레이션은 수천 대의 컴퓨터가 동원되어 70만 시간 작업한 끝에 완성된 것이다. 그 결과 우리는 강력한 초신성 폭발이 왜소은하들을 휩쓸어버리는 드라마틱한 광경을 볼 수도 있다. 초거성이 별의 진화단계 마지막에 이르면 대폭발을 일으켜 생을 마감하는데, 이것을 초신성 폭발이라 한다. 시뮬레이션은 초신성 폭발에서 발생한 폭풍이 초속 수천 킬로미터의 속도로 '왜소은하의 가스와 별들을 휩쓸어 버리는 광경을 보여준다'고 웨츨 박사는 밝혔다. 이전의 시뮬레이션들은 이 같은 초신성 폭발의 영향을 제대로 구현하지 못했다. "우리는 그전에 혹시 이 시뮬레이션에 적용한 암흑물질에 대한 정보가 잘못된 것이 아닐까 생각한 적도 있었지만, 완성된 시뮬레이션을 보니 우리 생각이 맞았다는 것을 확신할 수 있었습니다." 웨츨 박사는 "우리는 보다 정확한 초신성 모델로 정답을 얻어냈다"고 덧붙였다. 이 논문은 '천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters)'에 발표되었다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

은하 가운데는 독특한 모양을 한 것이 많다. 그런데 그 모양에는 여러 가지 과학적인 이유가 숨어있는 경우가 존재한다. 지구에서 3900만 광년 떨어진 왜소은하인 DDO 68 역시 마찬가지이다. 이 은하는 마치 물벼룩과 비슷한 모양을 가지고 있는데, 이를 연구한 과학자들은 '게걸스런 벼룩'(voracious flea)이라는 별명을 붙여주었다. 왜냐하면, 주변에서 가스와 별을 흡수하면서 더 커지고 있기 때문이다. DDO 68은 태양 질량의 1억배에 달하는 작은 은하로 우리 은하와 비교해서는 1000분의 1 수준이다. 사실 이런 왜소은하는 우주에 흔하지만, 천문학자들은 이 은하에서 흔치 않은 현상을 발견했다. 과학자들은 오래전 작은 은하들이 주변의 가스와 다른 은하를 흡수해 커졌다고 생각해왔지만, 실제로 주변에서 그런 사례를 찾기는 어려웠다. 우리 주변에 있는 은하들은 대부분 이미 오래 전에 성장을 끝낸 은하들이기 때문이다. 하지만 DDO 68은 성장 중인 은하의 모습을 보여주고 있어 주목을 받고 있다. 이탈리아 국립 천체물리학 연구소의 프란체스카 아나발리(Francesca Annibali) 박사와 그 동료들은 미국 애리조나 주에 있는 거대 쌍안 망원경(LBT)을 이용해서 이 은하를 관측했다. 그리고 이 은하가 주변에서 더 작은 왜소은하와 가스, 별을 흡수하는 모습을 관측했다. 연구팀에 의하면 벼룩의 꼬리에 해당하는 부분 역시 다른 은하와의 중력 상호 작용에 의한 것으로 보인다고 한다. 그야말로 온몸으로 게걸스럽게 주변의 가스와 별을 먹어치우는 은하인 셈이다. 연구팀에 의하면 DDO 68은 이제까지 발견된 은하 가운데 가장 덜 진화된 원시 은하 3개 중 하나다. 이 은하가 성장하는 방식을 통해 과학자들은 과거 우리 은하를 비롯한 주요 은하들이 어떻게 성장해 지금의 모습이 되었는지 이해할 수 있다. 어쩌면 우리 은하 역시 이런 단계를 거쳐 성장했을지도 모르기 때문이다. 생김새는 하찮지만, 이 은하 역시 먼 미래에는 아름다운 나선 팔을 지닌 대형 은하로 성장할지도 모르는 일이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

밤하늘을 아름답게 수놓고 있는 수많은 별이 모인 은하는 처음부터 하나의 거대한 형태로 만들어진 것이 아니라 왜소은하들이 서로 합쳐져 만들어진다. 그런데 이 거대은하를 만드는 왜소은하들 또한 더 작은 은하들이 합쳐지면서 만들어진다는 사실이 처음 밝혀졌다. 한국천문연구원 은하진화그룹과 과학기술연합대학원대학교 천문우주과학부 연구진은 왜소은하 중 하나인 ‘U141’ 은하에서 은하가 서로 합쳐져 만들어졌다는 증거를 발견했다고 12일 밝혔다. 이번 연구 성과는 천문학 분야 국제학술지 ‘애스트로노미컬 저널’과 미국 천문학회에서 발간하는 학술지 ‘노바’ 최신호에 ‘가장 주목할 만한 논문’으로 선정돼 실렸다. 안드로메다은하나 태양계가 포함돼 있는 우리 은하는 태양 질량의 수천억배에 이르는 거대은하로 분류된다. 이보다 크기가 훨씬 작고 질량도 태양의 10억배 이하인 소형 은하들은 모두 왜소은하로 분류된다. 왜소은하는 거대은하를 만들기 위한 ‘은하형성재료’로 알려져 있지만 어떻게 만들어졌는지 지금까지 비밀에 부쳐져 있었다. 연구진은 태양 질량의 4억배에 불과한 U141 은하를 관찰한 끝에 이 은하가 두 개의 핵을 갖고 있으며 은하 전체 모양이 원이나 타원이 아닌 상자 모양이라는 사실을 알아냈다. 또 중심부 빛이 푸른색을 띠는 등 은하가 새로 만들어진 흔적도 찾아냈다. 천문학에서 푸른 별은 만들어진 지 얼마 되지 않은 젊은 별을 의미한다. 거대은하를 만드는 것으로 알려진 왜소은하도 왜소은하끼리 또는 더 작은 은하 두 개가 결합하면서 만들어진다는 사실이 이번에 확인된 것이다. 김상철 천문연 선임연구원은 “이번 연구에 활용된 U141 은하는 큰곰자리 은하단 내에서 은하가 별로 없는 지역에 떨어져 있는데도 은하끼리 합쳐진 증거가 발견됐다”며 “이번 연구는 왜소은하 사이에서도 작은 것부터 큰 것까지 진화 경로가 존재한다는 것을 보여 줬다는 데 의미가 크다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

보통 동그랗게 모여있거나 퍼져있는 은하와 달리 성냥개비처럼 기다란 모양의 은하 모습이 공개됐다. 지난 28일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경으로 잡아낸 왜소은하 '키소 5639'(Kiso 5639·또는 LEDA 36252)의 사진을 공개했다. 지구에서 약 8200만 광년 떨어진 곳에 위치한 키소 5639는 이제 걸음마가 진행 중인 은하로 우리 은하의 어린 시절 역시 이 모습과 비슷했을 것으로 추정된다. NASA 측은 7월 4일 미국 독립기념일을 맞아 이 은하를 ‘불꽃 로켓 은하’라고 호들갑을 떨었지만 사실 키소 5639는 '올챙이 은하'(tadpole galaxy)로 불린다. 실제 키소 5639는 한마리의 올챙이가 우주를 헤엄치는 것처럼 보이며 맨 앞은 머리, 뒤는 꼬리처럼 느껴진다. 이 은하의 놀라운 점은 바로 올챙이 머리가 가지고 있다. 무려 2700광년의 길이를 가진 올챙이 머리에는 태양 1만 개에 필적하는 힘이 숨어있다. 이 속에 평균 100만 년 미만의 아기 별들로 구성된 12개 이상의 성단(星團)이 자라고 있으며 어느 정도 크면 머리에서 떨어져 나와 출가한다. 사진=NASA, ESA, and D. Elmegreen (Vassar College)　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우주의 주민은 은하 이 우주라는 동네의 주민은 은하다. 현재까지 알려진 주민의 수는 약 2000만이다. 사람들이 도시에 모여 살듯이 우주의 별들도 이 은하 안에 모여서 산다. 은하는 말하자면 별들의 도시인 셈이다. 별들은 은하 속에는 태어나고 반짝이며 살다가 이윽고 폭발해서 생을 마감하면서 자신을 만든 물질을 우주공간으로 다 돌려놓는다. 그러면 이 물질들은 다시 떠돌다가 다른 별을 만드는 것이다. 영어권에서는 은하는 갤럭시(galaxy)라 하고, 은하수는를 밀키 웨이(Milky Way)라 하는데, 우리말로는 미리내라 한다. 그러니까 은하는 보통명사이고, 은하수는 우리은하의 고유명사인 셈이다. 우리은하를 미리내은하라고도 한다. 그럼 각 은하들은 얼마나 많은 별들을 갖고 있을까? 작은 것은 1000만 개 이하이기도 하지만, 큰 것들은 100조 개의 항성들을 거느리기도 한다. 태양계가 있는 우리은하에는 약 3000억 개의 별들이 옹기종기 모여 살고 있다. 태양은 그중 가장 평범한 별의 하나일 뿐이다. 각기 다른 아름다움을 뽐내는 은하들 우주에 영원한 것은 없어 2000만에 이르는 이 은하들도 사람처럼 모두 생노병사의 과정을 겪는다. 그리고 그 생긴 모양도 사람처럼 다 다르다. 형태에 따라 크게 나눠보면 은하에는 세 가지 기본적 분류가 있다. 타원형, 나선형, 불규칙형이 그것들이다. 나선은하는 어두운 먼지 층과 함께 몇 개의 나선팔을 두르고 있는 은하로, 전체 모습은 원반형을 하고 있으나 지구를 향하고 있는 방향에 따라 다르게 보인다. 타원은하는 원반이나 나선팔이 없으며, 별의 재료가 되는 가스나 먼지층도 보이지 않는 구형 또는 타원체 모양의 은하로, 아주 작은 것에서부터 거대한 것까지 다양한 크기를 갖고 있다. 우주에는 이외에도 모양이 뚜렷하지 않은 불규칙한 형태의 은하들도 많이 발견되고 있다. 별들도 은하 안에 모여 살듯이 은하들 역시 은하끼리 모여서 산다. 대다수의 은하들은 은하군과 은하단이라고 하는 상위 구조를 이루고 있으며, 은하단들이 모여 초은하단이라고 불리는 거대 구조를 형성한다. 칠흑의 밤하늘에서 이들 은하를 망원경으로 잡아보면 마치 우주의 꽃처럼 아름답게 보여 보는 이의 마음을 빼앗는다. 이처럼 수많은 은하들은 각기 아름다운 형태와 빛으로 우주를 수놓고 있지만, 그중에서도 출중한 미모를 자랑하는 은하 5개를 선발한다면 대개 다음의 은하들이 뽑힌다. 물론 이들 못지않은 미모를 자랑하는 은하들도 많지만, 일단 이 선에서 정리해보는 '톱5'는 다음과 같다.   5. 안드로메다 은하 M31로도 불리는 안드로메다 은하는 나선은하로 우리은하와 닮았을 뿐만 아니라 가장 가까운 이웃 은하이기도 하다. 하지만 가깝다고 해도 250만 광년 거리다. 이 은하는 우리은하를 비롯, 대략 44개의 작은 은하들을 포함하는 국부은하군에서 맹주 자리에 있은 가장 큰 은하이다. 지름이 우리은하의 2배가 넘는 22만 광년이며, 별의 개수는 3배가 넘는 약 1조 개를 거느리고 있다. 안드로메다 은하는 겉보기 등급이 3.4의 밝은 천체라 광해가 적은 캄캄한 밤하늘에서는 맨눈으로도 보이는데, 사람이 맨눈으로 볼 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체이기도 하다. 안드로메다 은하에서 기억해야 할 가장 중요한 사항은 약 37억 년 후 우리은하와 충돌할 거라는 사실이다. 지금도 이 은하는 초당 약 110km의 속도로 우리은하에 접근하고 있다. 충돌하면 어떻게 될까? 별들 사이의 공간이 하도 넓어 별끼리 부딪치는 일은 없겠지만, 그 영향으로 우리 태양계가 은하 바깥으로 튕겨져나갈 가능성이 있다고 한다. 또 두 은하는 병합되어 하나의 거대한 타원은하를 이룰 거라고 천문학자들은 보고 있다. 하지만 그리 걱정할 일은 아니다. 100년을 못 사는 우리 인생인데 그것은 무려 37억 년 후의 일이니까. 4. 솜브레로 은하(Sombrero Galaxy) 솜브레로는 멕시코 인들이 즐겨 쓰는 모자 이름이다. 이 은하의 모양이 꼭 그렇게 생겨 솜브레로 은하란 이름을 얻었다. 봄철의 별자리인 처녀자리 방향으로 3000만 광년 거리에 있는 이 은하는 M 104, NGC 4594로도 불리는 나선은하로, 지름이 우리은하의 반밖에 안 되는 아담 사이즈다. 그림에서 보듯이 은하핵이 상당히 밝으며, 팽대부가 이례적으로 크고, 기울어진 원반의 먼지띠가 매우 두드러져 보인다. 이 먼지띠는 고리처럼 전체 은하를 한 바퀴 두르고 있다. 솜브레로 은하는 처녀자리 알파별 스피카로부터 11.5°서쪽에 있다. 은하 모습은 7x35 쌍안경이나 4인치 작은 망원경으로도 볼 수 있지만, 중심부를 제대로 보려면 8인치, 먼지띠는 10~12인치 망원경이 필요하다. 3. 소용돌이 은하(Whirlpool Galaxy) 소용돌이 은하라는 별명으로 유명한 M 51a 은하는 사냥개자리에 있는 나선은하로, 소용돌이 모양의 팔이 중심부에서 뻗어나온 은하다. 우리은하에서 2300백만 광년 떨어져 있으며, 은하 전체는 중심부와 그 둘레를 회전하는 원판부로 이루어져 있다. 옆의 동반은하 M51b는 왜소은하로, 중력이 강한 M51a에게 잡아 먹히고 있는 중이다. 두 은하가 함께 있는 모습이 마치 아버지와 아들 같다고 해서 부자은하라고 부르기도 한다. 소용돌이 은하와 그 동반 은하(M51b)는 인기 있는 관측 품목으로 아마추어도 쉽게 관측할 수 있으며, 경우에 따라서는 쌍안경으로 보이는 때도 있다. 2. 검은 눈 은하(Black Eyed Galaxy) 검은 눈 은하 M64는 지구에서 2400만 광년 떨어진 머리털자리에 있는 나선은하로, 사악한 눈 은하 또는 잠자는 미녀 은하로도 불린다. 은하 중심부를 제외한 검은 물질들이 마치 눈처럼 보이기 때문에 붙여진 이름이다. M64는 겉보기로는 보통의 나선은하와 크게 다르지 않으나, 독특한 요소를 지니고 있다. 보통의 은하는 시계방향으로 회전하는데, 이 은하의 검은 물질들 중 은하 중심에서 안쪽 3000광년까지는 시계방향으로 회전하나, 3000광년에서 바깥쪽 4만광년까지는 시계 반대방향으로 회전하고 있다. 두 방향이 충돌하는 경계 지대에는 젊은 별들이 태어나고 있다. 천문학자들은 10억 년 전 어떤 위성은하가 M64에 충돌하여, 역으로 공전하는 가스 구름을 만들어낸 것으로 보고 있다. 이 가스 구름은 시계방향으로 공전하는 구름과 충돌하여 질량이 크고 푸른 젊은 별들을 만들어내고 있다. 작은 망원경으로도 이 은하의 특징적인 검은 물질을 관찰할 수 있다. 1. 미려한 나선팔을 가진 은하(M81) 독일 천문학자 보데가 발견해서 보데 은하로도 불리는 M81 은하는 큰곰자리 방향으로 1200만 광년 거리에 있는 유명한 나선은하로, 크고 밝은 핵과 미려한 나선 팔을 가진 아름다운 은하다. 지름은 약 7만 광년 정도로, 우리은하와 비슷한 크기다. 이 은하가 미려한 나선팔을 갖게 된 것은 이웃 M82 은하와의 힘겨루기 때문이다. 시거처럼 생겼다고 해서 시거 은하라는 별명을 가진 M82는 몇 년 전 초신성이 발견되어 유명해졌다. 웬만한 별지기들이 모두 이 초신성을 관측했다. 수천 억 개의 별을 가진 은하들 사이의 거대한 상호작용은 은하들의 모습을 다양하고 기묘하게 바꾸어놓기도 한다. 보데 은하의 중심부는 우리은하보다 크며, 중심부의 블랙홀은 태양 7000만 배로 우리은하 중심 블랙홀의 10배가 넘는다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

심연의 우주 속에 불타오르는 거대한 고리를 연상시키는 은하가 발견됐다. 최근 스페인 라구나 대학 등 공동연구팀은 지구에서 약 100억 광년 떨어진 곳에서 '아인슈타인 고리'(Einstein ring)를 관측하는데 성공했다고 발표했다. 조각가 자리의 왜소은하(Sculptor dwarf galaxy) 이미지를 분석하는 과정에서 우연히 발견된 아인슈타인 고리는 중앙이 텅 비어있어 '고리'라 불린다. 그렇다면 왜 세계 최고의 이론 물리학자인 아인슈타인 이름이 명칭에 붙어있는 것일까? 이를 알기 위해서는 아인슈타인이 딱 100년 전 일반 상대성이론에서 예언한 중력 렌즈 현상을 이해해야 한다. 아인슈타인은 강한 중력은 빛도 휘게 해서 렌즈역할을 할 수 있다고 예언했다. 이 중력렌즈는 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 유사해 아주 멀리 떨어진 은하를 본래보다 밝게 보이게 하지만 초점이 없기 때문에 상을 왜곡시키기도 한다. 쉽게 말해 중력렌즈는 '우주의 돋보기'로, 이 역할을 해주는 것이 수많은 은하들이 모인 은하단이다. 이 은하단은 주위의 시공간을 왜곡시켜 이같은 중력렌즈 현상을 만들어내 더 멀리 뒤쪽에 떨어진 은하의 모습을 보여준다.(두번째 사진 참조) 이 과정에서 중력렌즈에 의해 확대된 은하는 사진에서처럼 고리 모양으로 보이기도 해 학계에서는 이를 아인슈타인 고리라 명명했으며 4개로 보이는 경우는 아인슈타인 십자가(Einstein Cross)라 부른다. 이번에 발견된 아인슈타인 고리는 스페인 카나리아제도에 위치한 연구팀이 발견했기 때문에 ‘카나리아 아인슈타인 고리’로 이름 붙여졌다. 연구에 참여한 안토니오 아파리시오 박사는 "이번에 관측된 아인슈타인 고리는 무려 100억 광년 떨어진 매우 희미한 은하"라면서 "중력렌즈 역할을 한 것은 지구에서 60억 광년 떨어진 또 다른 은하"라고 설명했다. 이어 "아인슈타인 고리를 관측하기 위해서는 지구의 관측자와 두 은하가 나란히 일렬로 서야한다"면서 "이번 관측은 은하의 구성과 형성, 중력장의 구조 등을 연구하는데 도움을 준다"고 덧붙였다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

태양보다 16만 배 밝은 빛을 뿜어내는 왜소은하의 존재가 파악됐다. 왜소은하는 수십 억 개의 별로 구성된 작은 은하를 뜻한다. 영국 케임브리지대학교 연구진이 최근 칠레에 있는 VLT(Very Large Telescope) 망원경을 이용해 연구를 진행하던 중 새로운 왜소은하를 찾는데 성공했다. ‘크레이터 2’(Crater 2)라고 명명된 이 왜소은하는 우리 은하계에서 4번째로 큰 규모를 자랑하며, 크레이터 2를 구성하는 일부 별은 지구에서도 관찰이 가능하다. 연구진에 따르면 이 왜소은하는 태양보다 16만 배 밝은 빛을 뿜어내고 있으며, 비슷한 궤도에 있는 은하 중에서도 가장 밝은 것으로 밝혀졌다. 크레이터 2 왜소은하는 연구진의 초대형 망원경에 오래 포착되지는 않았지만, 이를 구성하는 별들이 매우 넓은 공간에 퍼져 있기 때문에 짧은 순간이나마 관찰하는 것이 가능하다. 다만 밀집도가 높지 않아 한눈에 이를 확인하기란 다소 어렵다. 반지름은 7000광년에 이르며, 만약 육안으로 전체 모습을 관찰할 수 있다면 달의 2배에 달하는 규모일 것으로 추측됐다. 연구진은 이 왜소은하를 연구하는 것이 최초에 우리의 거대한 은하계가 어떻게 생성됐는지를 밝힐 수 있는 열쇠가 될 것으로 기대하고 있다. 한편 이번 연구결과는 ‘영국 왕립천문학회 월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) 최신호에 소개됐다. 　 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

과학자들은 오랜 세월 무거운 원소들이 어디서 기원했는지를 두고 논쟁을 벌여왔습니다. 우주가 생성되었을 초기에는 주로 수소와 헬륨밖에 없었지만, 현재 우주에는 다양한 원소들이 존재하기 때문이죠. 수소와 헬륨보다 무거운 원소는 별의 중심에서 핵융합 반응을 통해서 생성됩니다. 철 이상의 무거운 원소는 초신성 폭발 같은 더 극적인 환경에서 생성되었지만 금처럼 매우 무거운 원소의 생성에 대해서는 다소 의견이 갈렸습니다. 일부 과학자는 일반적인 초신성 폭발이 그 기원이라고 주장했고 일부에는 중성자별의 충돌 같은 더 격렬한 상황에서 주로 생성되었다는 주장을 내놓았습니다. 사실 두 반응 모두 가능하나 어디서 주로 생성되었느냐의 문제였죠. 그런데 최근 중성자별의 충돌이 더 가능성이 크다는 연구 결과가 발표되었습니다. 중성자별은 초신성 폭발 후 별의 남은 잔해가 강한 중력으로 뭉쳐서 생성됩니다. 극도로 높은 밀도를 가지고 있어 태양보다 질량이 크지만, 그 지름은 수십km 이내로 압축되어 있습니다. 쌍성계를 이룬 중성자별은 드물기는 하지만, 서로 충돌할 경우 매우 격렬한 폭발을 일으킵니다. 초고밀도로 뭉친 두 개의 천체가 충돌하기 때문이죠. 따라서 중성자별 충돌 시에는 상당량의 물질이 광속의 10~50% 정도의 속도로 사방으로 흩어지게 됩니다. 이때 나오는 강력한 에너지는 무거운 원소를 합성하는데 충분한 에너지를 제공합니다. 미국 메사추세츠공과대(MIT)의 알렉산더 지 박사과정 연구원을 비롯한 여러 연구기관의 과학자들은 오래된 왜소은하의 화학적 구성을 연구해 중성자별 충돌이 원인일 가능성이 더 크다는 내용을 ‘네이처’(Nature)지에 발표했습니다. 연구팀은 다른 은하와의 충돌 없이 보존된 왜소은하에서 정확한 원소비율을 측정해 이와 같은 결론을 내렸습니다. 이 연구가 옳다면 우리가 끼는 금반지의 금은 중성자별이 그 기원인 셈입니다. 이는 놀라운 사실 같지만, 사실 앞서 언급했듯이 수소와 헬륨보다 더 무거운 원소는 핵융합 반응의 결과물이죠. 따라서 우리 몸을 구성하는 원자 중 수소를 제외한 원자 역시 별의 중심부에서 기원한 것입니다. 우리와 우리가 사는 지구는 사실 ‘별 중심에서 온 그대’라고 할 수 있습니다. 그리고 어쩌면 일부는 중상자별에서 기원한 것일지도 모릅니다. 사진=NASA 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

과학자들은 오랜 세월 무거운 원소들이 어디서 기원했는지를 두고 논쟁을 벌여왔다. 우주가 생성되었을 초기에는 주로 수소와 헬륨밖에 없었지만, 현재 우주에는 다양한 원소들이 존재하기 때문이다. 수소와 헬륨보다 무거운 원소는 별의 중심에서 핵융합 반응을 통해서 생성된다. 철 이상의 무거운 원소는 초신성 폭발 같은 더 극적인 환경에서 생성된다. 하지만 금처럼 매우 무거운 원소의 생성에 대해서는 다소 의견이 갈렸다. 일부 과학자는 일반적인 초신성 폭발이 그 기원이라고 주장했고 일부에는 중성자별의 충돌 같은 더 격렬한 상황에서 주로 생성되었다는 주장을 내놓았다. 사실 두 반응 모두 가능하나 어디서 주로 생성되었느냐의 문제였다. 그런데 최근 중성자별의 충돌이 더 가능성이 크다는 연구 결과가 발표되었다. 중성자별은 초신성 폭발 후 별의 남은 잔해가 강한 중력으로 뭉쳐서 생성된다. 극도로 높은 밀도를 가지고 있어 태양보다 질량이 크지만, 그 지름은 수십km 이내로 압축되어 있다. 쌍성계를 이룬 중성자별은 드물기는 하지만, 서로 충돌할 경우 매우 격렬한 폭발을 일으킨다. 초고밀도로 뭉친 두 개의 천체가 충돌하기 때문이다. 따라서 중성자별 충돌 시에는 상당량의 물질이 광속의 10-50% 정도의 속도로 사방으로 흩어지게 된다. 이때 나오는 강력한 에너지는 무거운 원소를 합성하는데 충분한 에너지를 제공한다. MIT의 알렉산더 지(Alexander Ji)를 비롯한 여러 연구기관의 과학자들은 오래된 왜소은하의 화학적 구성을 연구해 중성자별 충돌이 원인일 가능성이 더 크다는 내용을 네이처지에 발표했다. 연구팀은 다른 은하와의 충돌 없이 보존된 왜소은하에서 정확한 원소비율을 측정해 이와 같은 결론을 내렸다. 이 연구가 옳다면 우리가 끼는 금반지의 금은 중성자별이 그 기원인 셈이다. 이는 놀라운 사실 같지만, 사실 앞서 언급했듯이 수소와 헬륨보다 더 무거운 원소는 핵융합 반응의 결과물이다. 따라서 우리 몸을 구성하는 원자 중 수소를 제외한 원자 역시 별의 중심부에서 기원한 것이다. 우리와 우리가 사는 지구는 사실 별 중심에서 온 그대라고 할 수 있다. 그리고 어쩌면 일부는 중상자별에서 기원한 것일지도 모른다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

과학자들은 우리 은하나 혹은 안드로메다 은하처럼 거대한 대형 은하들이 작은 왜소 은하를 흡수하면서 지금처럼 크기가 커졌다고 생각하고 있다. 실제로 우주의 먼 곳을 관측하면 최근의 우주보다 훨씬 활발하게 은하 충돌이 발생하는 것을 볼 수 있다. 그러나 이미 주변에 있는 작은 은하를 대부분 흡수한 성숙한 은하 주변에서 이런 장면을 목격하기는 쉽지 않다. 최근 국제 천문학자 팀이 8.2m 구경의 스바루 망원경을 이용해 지구에서 1100만 광년 떨어진 은하인NGC 253가 이 은하에서 16만 광년 떨어진 왜소은하 NGC 253-dw2를 잡아당기는 모습을 관측하는 데 성공했다. 이것이 의미하는 것은 큰 은하가 작은 은하를 중력으로 끌어당긴다는 것이다. 물론 그 결과로 이 작은 은하는 대형 은하인 NGC 253의 일부가 될 것이다. 연구의 리더인 산호세 주립대학의 아론 로마노프스키(Aaron Romanowsky)에 의하면 이런 왜소은하들은 큰 은하를 만드는 일종의 벽돌과 같은 역할을 한다. 하지만 실제로 그 과정을 처음부터 목격한 경우는 많지 않았다. 사진에서 왜소은하 NGC 253-dw2는 길쭉하게 늘어나 있는데, 본래는 작은 구형이거나 불규칙한 모습이었으나 큰 은하의 중력에 의해 모습이 변한 것이다. 연구팀에 의하면 앞으로 이 은하는 NGC 253에 충돌하면서 대형 은하에 약간의 손상을 입힐 것이라고 한다. 왜소은하지만 그 정도 질량은 가지고 있기 때문이다. 물론 이 과정이 끝나고 나면 남는 것은 이전보다 더 커진 새로운 은하이다. 큰 은하의 중력에 의해 사로잡힌 왜소은하들이 모두 이런 운명을 겪는 것은 아니다. 일부는 대형 은하 주변을 공전하는 위성은하가 된다. 실제로 우리 은하도 수십 개의 위성은하를 거느리고 있다. 때에 따라서는 충돌한 은하가 별과 가스를 대부분 빼앗기고 더 작은 은하가 되어 주변을 공전하기도 한다. 그러나 연구팀에 의하면 NGC 253-dw2가 살아남더라도 남는 부분은 얼마 안 돼서 매우 희미한 흔적 정도가 될 것이라고 한다. 은하 역시 약육강식의 원리가 지배하는 것 같지만, 사실 이 과정은 모두 중력에 의해 일어나는 자연 현상일 뿐이다. 이렇게 은하가 성장해서 우리 은하 같은 대형 은하가 되는 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

50억 년 뒤 우리은하의 이름 만약 40억 년 후에도 지구에 인류가 생존해 있다면 우리 은하 이름도 바뀌어 있을 것이다. 밀키웨이(Milky Way)가 아니라 '밀코메다(Milkomeda)'라 불리게 된다. 밀키웨이와 안드로메다의 합성어다. 약 40억 년 뒤 우리 은하가 이웃의 안드로메다은하와 충돌할 것이라는 게 천문학계의 공통된 예측이기 때문이다. 이 같은 결과는 미국의 한 연구진에 의해 발표되었는데, 그 속에 반갑게도 한국 출신의 천문학자인 손상모 박사가 참여한 사실이 뒤늦게 알려졌다. 지난 2014년 미국 워싱턴에서 열린 미항공우주국(NASA)의 기자회견에서 우주망원경 과학연구소(STScI) 연구진은 허블 우주망원경을 통해 관측한 결과, 약 37억5000만 년 뒤 우리 은하와 안드로메다은하와 충돌할 것이라는 예측을 하였고, 이 같은 성과는 두 은하의 충돌 시기가 처음으로 정확하게 예측된 것으로 학계는 물론 해외 주요언론으로부터 조명을 받았다. 100년 만에 천문학계의 최대 관심사를 해결한 연구에 한국 출신의 과학자가 참여했다는 사실만으로도 놀라울 따름이다. 손박사는 당시 해외 언론과의 인터뷰에서 “(학자들은) 거의 한 세기 동안 우리은하와 안드로메다에 대한 미래의 운명을 예측해왔고, 마침내 향후 수십억 년간에 걸쳐 발생할 사건(은하 충돌)이 어떻게 전개될지를 나타낸 명확한 그림(시뮬레이션)을 얻게 됐다”고 설명했다. 인류가 생존할지조차 알 수 없는 먼 미래에 발생할 사건이지만, 연구진은 허블 망원경의 놀라운 성능 덕분에 안드로메다의 고유운동까지 관찰한 결과, 밀코메다가 출현하더라도 우리가 살고 있을 지구와 태양은 파괴되지 않고 무사할 것이라고 전했다. 두 은하의 충돌을 보여주는 새로운 시뮬레이션은 두 초질량 블랙홀이 합쳐지는 것을 포함해 충돌 후 나타날 복잡한 과정을 잘 보여주고 있다. 이 시뮬레이션은 서부 호주에 있는 국제 라디오파 천문연구 센터(Icrar)가 제작한 것이다. 시뮬레이션을 보면, 두 은하가 서로 접근할 때 어떤 상호작용을 하는지 잘 보여주고 있다. 첫째, 최초의 만남에서 두 은하는 빠르게 서로를 덮칠 것이다. 그리고 각자의 소용돌이 팔에 있는 일부 별들의 궤도는 어지럽혀질 것이다. 그런 다음 두 은하는 분리되었다가 다시 서로를 향해 맹렬히 돌진할 것이다. 안드로메다은하는 우리 은하보다 크다. 우리 은하가 3000억 개의 별을 가진 데 비해 안드로메다는 무려 1조 개의 별을 갖고 있다. 따라서 엄밀히 말하면 안드로메다가 우리 은하를 잡아먹는 셈이다. 우리 은하 역시 언젠가 가까운 왜소은하 두 개를 잡아먹을 것으로 보이는데, 그 두 은하는 바로 대-소 마젤란은하다. 연구는 우리 국부 은하단에서 세 번째로 큰 은하, 곧 삼각형자리 은하 M33이 우리 은하와 안드로메다은하의 충돌에 가담할 것으로 예측한다. 비디오를 보면 가스는 푸른색으로 새로 생성된 별은 붉은색으로 보이는데, 이는 시뮬레이션이 진행되는 동안 만들어졌음을 뜻한다. 두 은하가 최초로 충돌할 때 받는 충격은 그다지 크지 않지만, 상호 작용하는 중력이 소용돌이 팔 안에서 가스와 별들을 바깥으로 날려버린다. 강력한 충격은 두 번째 충돌과 그 후 이어지는 일련의 충돌 때문에 발생한다. 거대한 가스 구름이 충격을 받아 폭발적인 별들의 생성을 촉발하고, 이것이 초신성 폭풍을 일으킬 것으로 예측된다. 마지막으로는 은하에서 퇴출당한 가스는 회전하는 원반으로 급속히 흡입된다. 우리는 새로 태어난 별들을 볼 뿐이지만, 우리 은하와 안드로메다은하의 팽대부와 별들의 원반은 합체되어 럭비공처럼 생긴 거대한 타원은하를 만듦으로써 두 은하의 충돌 시나리오는 막을 내린다. 안드로메다은하(아래)는 우리 은하(위)보다 크다. 우리 은하가 3천억 개의 별을 가진 데 비해 안드로메다는 무려 1조 개의 별을 갖고 있다. 따라서 엄밀히 말하면 안드로메다가 우리 은하를 잡아먹는 셈이다. 두 은하가 충돌하더라도 별들끼리 서로 부딪치는 일은 거의 발생하지 않는다. 별들 사이의 간격이 워낙 넓기 때문이다. 그럼에도, 두 은하의 중심에 있는 초질량 블랙홀들은 하나로 합쳐질 것이다. 밀코메다의 중심 부근에서 두 블랙홀이 합쳐지면서 수백만 년에 걸쳐 별들에 궤도 에너지를 전달해줄 것이다. 시뮬레이션은 이런 충돌 과정에서 지구가 거대 은하 바깥으로 튕겨 나가기 전에 밀코메다의 중심부로 끌려들어 간다고 예측한다. 궁극적으로는 우주의 모든 은하가 중력으로 뭉쳐져 이 같은 몇 개의 초질량 거대 은하들을 만들 것으로 보인다. 비록 수십억, 수백억 년 이후의 일이기는 하지만. 인류가 그때까지 살아남았다면 지구 밤하늘에서 두 은하가 충돌하는 장관을 감상할지도 모른다. 사진=스페이스립 이광식 통신원 joand999@naver.com

크고 작은 충돌 사고는 인간이 사는 작은 지구뿐 아니라 광활한 우주에서도 수시로 발생한다. 그중에서 가장 크고 화려한 충돌사고는 바로 은하의 충돌이다. 물론 우주가 팽창함에 따라 은하들은 서로 멀어지기는 하지만, 가까이 있는 은하들은 서로의 중력에 의해 충돌하면서 더 커지게 된다. 사실 우리 은하나 안드로메다 같은 대형 은하들은 여러 차례 충돌과 합체를 통해서 지금처럼 크기가 커졌다. 그래서 이 두 은하가 수많은 위성은하를 거느리고 있다. 그리고 더 나아가 우리 은하와 안드로메다 역시 30억 년 후 미래에는 서로 충돌해서 새로운 거대 은하로 발전할 가능성이 크다. 은하의 충돌은 은하의 생성과 진화를 연구하는 데 중요한 현상이다. 유럽 남방 천문대(ESO)의 거대 망원경(VLT)은 지구에서 대략 2억 광년 떨어진 은하인 NGC 5291에서 매우 독특한 충돌을 관측했다. 사진 중앙에 있는 은하 앞에 존재하는 솜털 구름 같은 구조물은 은하 충돌의 결과물이다. 이 은하는 대략 3억6천만 년 전 다른 은하와 충돌했다. 그런데 하필 은하 중심부를 관통하는 대형 충돌이었고, 그 후유증으로 이 은하와 충돌 은하의 가스가 밖으로 튀어나와 여러 가지 구조물을 만들었다. 흥미로운 사실은 이런 대형 충돌이 항상 파괴만을 의미하지는 않는다는 것이다. 은하끼리의 충돌은 성간 가스의 밀도를 높이면서 여기서 새로운 별이 탄생할 환경을 만든다. 이 충돌의 경우 은하 밖으로 튀어나간 가스들이 뭉치면서 주변에서는 새로운 왜소은하가 탄생하고 있다. 천문학자들은 주변에 새롭게 생긴 왜소은하인 NGC 5291N을 관측했다. 이 은하는 나이 든 별이 하나도 없고 젊은 별로만 구성된 독특한 은하다. 보통 다른 위성은하들이 우연히 거대 은하의 중력에 포획되거나 혹은 충돌 시 별과 가스를 빼앗겨 작은 왜소은하가 되는 것과는 완전히 다른 방식의 위성은하라고 할 수 있다. 은하의 충돌은 이렇게 뜻밖의 창조를 이뤄낸다. 이런 예상 외의 현상이야말로 인간이 우주를 연구하고 동경하게 되는 이유일 것이다. 사진=EOS 고든 정 통신원

지금까지 관측된 것 중 역대 가장 작은 초질량 블랙홀(supermassive black hole)이 발견됐다. 최근 미국 미시간 대학 연구팀은 지구로부터 약 3억 4000만 광년 떨어진 왜소은하 RGG 118 중심부에서 역대 가장 작은 초질량 블랙홀을 발견했다고 발표했다. 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 망원경과 칠레 천문대의 6.5m급 광학 망원경인 ‘마젤란 클레이 망원경’에 포착된 이 블랙홀은 우리 태양 질량의 약 5만 배 수준이다. '작다' 라는 말 자체가 이상하게도 들리지만 보통의 초질량 블랙홀에 비해서는 소형급인 것이 사실. 일반적으로 대부분의 은하들은 그 중심부에 우리 태양 질량의 수백 만 배 심지어 수십억 배가 넘는 거대한 블랙홀을 품고있다. 우리 은하에도 역시 태양 질량의 약 400만 배가 넘는 거대 블랙홀이 조용히 존재하지만 어떤 블랙홀은 주변 물질을 게걸스럽게 잡아먹으며 요란을 떨기도 한다. 　 연구에 참여한 엘레나 갈로 박사는 "초질량 블랙홀은 보통 우리 태양 질량의 10만 배 이상인데 이번에 발견된 것은 그 절반" 이라면서 "이와 반대로 우리 태양 질량의 몇 배 수준으로 작은 '항성 블랙홀'도 우주에는 많다"고 설명했다. 항성 블랙홀(Stellar black hole)은 큰 별이 최후를 맞으면서 중력 붕괴로 인해 생성된다. 연구를 이끈 비비안 발다사레 박사는 "마젤란 클레이 망원경과 찬드라 X선 망원경의 가시광선과 X선으로 RGG 118 중심부에서 흘러나오는 소용돌이 치는 가스의 움직임을 포착해 블랙홀의 존재를 파악했다" 면서 "초질량 블랙홀 중 가장 가볍지만 블랙홀이 어떻게 진화해 나가는지 알 수 있는 좋은 연구자료가 될 것"이라고 밝혔다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지금까지 관측된 것 중 역대 가장 작은 초질량 블랙홀(supermassive black hole)이 발견됐다. 최근 미국 미시간 대학 연구팀은 지구로부터 약 3억 4000만 광년 떨어진 왜소은하 RGG 118 중심부에서 역대 가장 작은 초질량 블랙홀을 발견했다고 발표했다. 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 망원경과 칠레 천문대의 6.5m급 광학 망원경인 ‘마젤란 클레이 망원경’에 포착된 이 블랙홀은 우리 태양 질량의 약 5만 배 수준이다. '작다' 라는 말 자체가 이상하게도 들리지만 보통의 초질량 블랙홀에 비해서는 소형급인 것이 사실. 일반적으로 대부분의 은하들은 그 중심부에 우리 태양 질량의 수백 만 배 심지어 수십억 배가 넘는 거대한 블랙홀을 품고있다. 우리 은하에도 역시 태양 질량의 약 400만 배가 넘는 거대 블랙홀이 조용히 존재하지만 어떤 블랙홀은 주변 물질을 게걸스럽게 잡아먹으며 요란을 떨기도 한다. 　 연구에 참여한 엘레나 갈로 박사는 "초질량 블랙홀은 보통 우리 태양 질량의 10만 배 이상인데 이번에 발견된 것은 그 절반" 이라면서 "이와 반대로 우리 태양 질량의 몇 배 수준으로 작은 '항성 블랙홀'도 우주에는 많다"고 설명했다. 항성 블랙홀(Stellar black hole)은 큰 별이 최후를 맞으면서 중력 붕괴로 인해 생성된다. 연구를 이끈 비비안 발다사레 박사는 "마젤란 클레이 망원경과 찬드라 X선 망원경의 가시광선과 X선으로 RGG 118 중심부에서 흘러나오는 소용돌이 치는 가스의 움직임을 포착해 블랙홀의 존재를 파악했다" 면서 "초질량 블랙홀 중 가장 가볍지만 블랙홀이 어떻게 진화해 나가는지 알 수 있는 좋은 연구자료가 될 것"이라고 밝혔다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr