-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　

가장 아름다운 남반구의 밤하늘을 보고 싶다면 칠레의 아타카마 사막이 으뜸일 것이다. 지구상에서 가장 건조하고 빛공해가 없어 보석처럼 반짝이는 별들과 은하, 성운들이 어우러진 환상적인 밤하늘을 자랑하는 곳이다. ​그런데 여기서 한 천체사진 작가가 폭포를 발견하여 더욱 환상적인 밤하늘 풍경을 연출한 것이 12일 미 항공우주국(NASA)이 운영하는 '오늘의 천문사진(APOD)'에 올라 우주 마니아들의 관심을 끌고 있다. ​작가는 이 사막의 한 지역에서 바위 위를 타고 내리는 폭포를 발견하여, 폭포의 물과 밤하늘 풍경이 절묘하게 어우러지는 시간을 계산한 후, 은하수가 상승하고 폭포의 수량이 많을 때를 골라 이 작품을 촬영하는 데 성공했다. ​그 결과 어떤 사진이 나왔을까? 우선 파노라마같이 아름답게 펼쳐진 사진의 풍경 속에는 마치 밤하늘의 은하수가 폭포 위로 흘러내리는 듯한 착각을 불러일으키며, 폭포 꼭대기에는 일등성 센타우루스자리 베타 별이 밝게 빛나고 있다. 또 그 위로 보이는 밝은 별들은 남십자자리다. 센타우루스자리나 남십자자리는 다 같이 일등성을 두 개씩 가진 별자리니까, 이 좁은 영역 안에 일등성이 4개나 모여 있는 셈이다. ​그리고 남십자자리주위에 거뭇하게 보이는 부분은 암흑성운인 석탄자루(Coalsack) 성운이고, 눈길을 왼쪽으로 돌리면 그 유명한 대-소마젤란 은하가 바로 눈에 띈다. 둘 다 우리은하의 위성은하로, 탐험가 마젤란이 1519년 남태평양을 지날 때 발견했다 하여 마젤란 구름(Magellanic Cloud)이란 이름을 얻었다. 당시에는 은하의 개념이 없었기 때문이다. ​그런데 얼마 전 천문학자들의 새로운 연구에 의해 대마젤란은하(LMC)가 우리은하를 향해 충돌 코스로 돌진 중이라는 사실이 밝혀졌다. 충돌 시기는 약 20억 년 후로, 이는 과학자들이 80억 년 내로 예상한 이웃 은하 안드로메다와의 충돌보다도 훨씬 빨리 이뤄지는 것이다. ​만약 충돌이 일어나면 시뮬레이션 상에는 지구가 속한 태양계는 성간 우주로 날아가버릴 수도 있는 것으로 나타났다. 하지만 인간이 20억 년 후의 일을 걱정하는 것은 하루살이가 겨울나기를 걱정하는 것만큼이나 터무니없는 일이니 크게 신경쓸 일은 아닌 듯하다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

40여 년간 태양계를 누비며 영웅적인 탐사활동을 전개했던 보이저 2호가 이제 막 태양계를 벗어나 성간공간으로 진출했지만, 그 여정과 미션은 아직 끝나지 않았다. 지난 10일(현지시간) 미국 지구물리학회에서 열린 기자회견에서 과학자들과 엔지니어들은 보이저 2호의 성간공간 진입에 한껏 고무되어 흥분했지만, 불혹을 넘어선 이들 쌍둥이 탐사선의 여생은 아직 많이 남아 있는 편이다. 그들의 계속되는 탐사 여정은 태양으로부터 흘러나오는 입자들이 성간공간의 항성풍과 어떻게 충돌하는지를 밝혀내는 데 크게 기여할 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 이들 쌍둥이 보이저 탐사선은 인류가 헬리오포스(heliopause·태양권계면)라고 불리는 태양계 울타리로 내보낸 최초의 우주선들이다. 미 항공우주국(NASA)의 태양과학팀장인 니키 폭스는 기자회견에서 “보이저는 그야말로 전인미답의 경지로 나아갔다. 스스로의 힘으로 정말 그 지역을 여행하고 있는 것”이라고 표현했다. 이 여행은 모든 것이 잘 진행된다면 앞으로 몇 년 동안 지속될 수 있다. 보이저 성간 미션 프로젝트 매니저인 수잔 도드는 “두 우주선은 현재 노인 치고는 아주 건강하다”고 밝혔다. 우주선 운용의 핵심 과제는 점점 떨어지고 있는 열과 전력 손실에 어떻게 대처하느냐 하는 문제다. 보이저 2호는 현재 섭씨 3.6도의 온도에서 작동하고 있으며, 우주선의 전력 생산량이 매년 4와트씩 떨어지고 있는 중이다. 이는 곧, 지상 관제소가 보이저의 전력이 더 떨어져 가동이 중단되기 전에 기기들의 작동을 멈추어야 됨을 뜻한다.　​ 현재 미션팀은 두 탐사선이 보내오는 과학 데이터가 점차 감소하는 비율에 비추어 적어도 5년, 길면 10년 정도 우주선이 작동할 수 있을 것으로 추정한다. 도드 팀장은 "1977년 우주선을 발사 한 이래 50주년이 되는 2027년까지 운용하는 것을 목표로 삼고 있다"고 말하면서 "그렇게만 된다면 정말 환상적일 것"이라고 기대를 표한다.맨처음 헬리오포스를 넘은 것은 보이저 1호이지만, 보이저 2호는 1호와는 달리 몇 가지 새로운 기회를 제공해줄 것으로 보인다. 1호는 태양풍 관측에 이용하는 PLS(plasma science)가 2017년 작동을 멈추었지만, 보이저 2호는 현재의 태양 주기에 맞물려 태양풍이 만드는 거품이 우리 주변으로 확장하는 시기에 다시 헬리오포스를 넘었기 때문이다. 물론 보이저 2호는 헬리오포스를 이미 뒤에 두고 있지만, 항성풍이 헬리오포스에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 헬리오포스를 감싸고 있는 거품이 어떤 상태인지에 대해 충분히 탐사할 수 있다. 또한 믿을 수 없을 정도로 광범한 고에너지 원자들이 거의 빛의 속도로 우주를 가로지르는 광경을 탐사할 것이다. 이는 우리 인류가 처음 겪어보는 광경일 것이다. 보이저 2호 앞에 남은 긴 여정은 우주와 우리 이웃 은하들에 대한 지식의 지평을 크게 넓혀줄 것이며, 거기서 얻는 통찰은 외계 행성에 대한 우리의 이해 방법을 새로이 해줄 수도 있다. 보이저의 장비가 영원히 작동하지는 않겠지만, 그와는 상관없이 두 우주선은 총알 속도의 17배인 초속 17㎞로 성간공간을 쉼없이 항해할 것이다. 그리하여 약 300년 후에는 우리 태양계를 둘러싸고있는 혜성들의 고향 오르트 구름 언저리에 이를 것이며, 그 구름을 헤치고 나가는 데만도 3만 년은 너끈히 걸릴 것이다. 그 다음은 어디로 갈까? 우리 태양계를 완전히 떠나게 되면 인류의 우주 척후병인 두 보이저는 수십억 년은 아니라도 수억 년은 우리은하 중심을 둘러싼 긴 궤도를 떠돌 것이다. 보이저 선체에 붙여진 인류의 소식을 담은 황금 레코드판은 아마 영원히 목소리를 내지 못하고, 그렇게 영원히 떠돌지도 모른다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

우리 시대의 가장 위대한 탐험가와 작별인사를 고할 시간이 다가왔다. 보이저 2호가 마침내 태양계를 넘어 성간공간에 도달했다고 10일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)이 발표했다. 1977년에 지구를 떠난 이래 40년 넘게 우리 태양계를 누비며 탐사를 수행한 보이저 2호는 눈부신 업적들을 쌓았는데, 그중 가장 빛나는 것은 인간이 만든 피조물로는 유일하게 해왕성과 천왕성을 방문해 탐사작업을 수행했다는 사실이다. 이처럼 인류에게 태양계에 관한 새로운 통찰을 선사한 보이저 2호도 이제 전임자인 보이저 1호를 따라 비록 반대 방향이지만 태양계를 넘어서 성간공간으로 진입하기에 이른 것이다. 그런데 보이저 2호가 넘어선 태양계의 울타리가 어디쯤인지 과학자들이 확실히 예측할 수는 없었지만, 흥미로운 것은 인류가 두 번째 넘어선 태양계 경계에서 얻은 데이터가 첫 번째 여행에서 얻은 데이터와 정확하게 일치하지는 않는다는 사실이다. 캘리포니아 공과대학의 물리학자이자 보이저 프로젝트 과학자인 에드 스톤은 올해 미국지구물리학회의 모임에서 보이저 2호의 성간공간 진입에 대해 “보이저 1호와는 다른 시간, 다른 장소이긴 하지만 특성은 아주 비슷하다”고 밝히면서 “앞으로 한 달 뒤면 모든 상황이 확실히 드러날 것으로 보인다”고 예측했다. ​ 보이저 2호는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 네 개의 거대 가스 행성을 모두 방문한 유일한 우주선으로, 해왕성의 신비한 대암점과 목성의 위성 유로파의 얼음 표층 균열 같은 현상을 비롯해 16개에 이르는 위성들을 새로 발견했을 뿐만 아니라, 각 행성들에서 새로운 고리들을 발견해내는 성과들을 올렸다. 과학자들은 8월 하순부터 보이저 2호의 성간공간 진입을 주의 깊게 지켜보았다. 탐사선이 보내온 데이터는 헬리오포스(태양권계면), 곧 하전입자의 흐름인 태양풍이 만든 거품의 가장자리에 접근했다는 것을 알려주었다. 이 헬리오포스는 과학자들이 태양계와 성간공간의 경계로 삼고 있는 개념이다.그 거품을 넘어 우주선이 성간공간으로 진입하면 더 많은 고에너지 입자의 우주선(宇宙線)을 쬐며 항해해야 한다. 보이저 2호에 탑재된 두 대의 계측기가 우주선과 충돌할 때 이 입자를 추적한다. 탐지되는 입자들이 저에너지 입자에서 한동안 아무것도 탐지되지 않다가 갑자기 고에너지 입자가 다량 탐지되면 우주선이 헬리오포스를 넘어 성간공간으로 진입했다는 징표가 된다. 보이저 1호가 성간공간으로 진출할 때도 이 같은 현상이 체크되었다. 인간이 만든 피조물로 두번째로 태양의 영향으로부터 영원히 벗어난 보이저 2호는 우리가 느끼는 흥분과는 무관하게 앞으로도 캄캄한 성간공간을 항해하며 에너지를 공급해주는 프로토늄 핵 발전기가 멈추어지는 2025년까지 지구로 계속 데이터를 보내줄 것이다. 진정한 이별은 그때 이루어질 것이다. 현재 보이저 2호가 있는 위치는 지구로부터 178억km, 지구-태양 간 거리의 120배(120AU) 지점에 있으며, 앞으로 29만 6천 년 후에는 지구로부터 8.6광년 떨어진, 밤하늘에서 가장 밝은 별인 큰개자리의 시리우스에 도착할 예정이다. 또한 그 후로도 보이저는 ‘항해자’라는 그 이름에 걸맞게 영원히 우리은하를 떠돌며 항해를 계속할 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

-'허블-르메트르의 법칙'으로 바뀌었다...역사상 가장 놀라운 과학적 발견 1929년 미국 천문학자 에드윈 허블은 그의 조수 밀턴 휴메이슨과 함께 우리 우주가 팽창하고 있다는 관측 증거를 발견하여 엄청난 충격을 사람들에게 던져주었다. 이것은 완전한 상식 파괴로, 우주가 지금 이 순간에도 무서운 속도로 팽창하고 있으며, 우리가 발붙이고 사는 이 세상에 고정되어 있는 거라곤 하나도 없다는 현기증 나는 사실에 사람들은 황망해했다. 허블은 우주의 은하들은 우리로부터 후퇴하고 있으며, 먼 은하일수록 후퇴속도는 더 빠르다는 사실을 발견했다. 그리고 은하의 이동속도를 거리로 나눈 값은 항상 일정하다. 이것이 '허블의 법칙'이다. 훗날 이 상수는 허블 상수로 불리며, H로 표시된다. 허블 상수는 우주의 팽창속도를 알려주는 지표로서, 이것만 정확히 알아낸다면 우주의 크기와 나이를 구할 수 있다. 그래서 허블 상수는 '우주의 로제타 석'에 비유되기도 한다. 허블은 그 값을 550km/s/Mpc(100만pc만큼 떨어진 천체는 1초에 550km의 속도로 멀어진다는 뜻)이라고 구했다. 그것을 적용하면 우주의 나이가 20억 년밖에 안 되는 것으로 나온다. 지난 70년 동안 과학자들은 허블 상수의 정확한 값을 놓고 열띤 논쟁을 벌였다. 이를 두고 '허블 전쟁'이라고까지 했다. 최근 플랑크 우주망원경의 2013년 관측을 기반으로 허블 상수가 67.8(km/s/Mpc) 근처라는 것이 확인되었다. 여기서 Mpc는 약 325만 9000광년이고, 이만한 거리가 늘어날 때마다 지구에서 본 후퇴속도가 초속 67.8km씩 늘어난다는 뜻이다. 이 허블 상수의 역수는 약 140억 년으로, 이것이 우주의 나이가 된다. 지금도 허블 상수는 천문학에서 가장 중요한 상수로 다뤄지고 있다. 허블의 법칙을 식으로 나타내면 다음과 같다. ​ V=Hr (V: 은하 후퇴속도 [km/s], r : 은하까지의 거리 [Mpc], H :허블 상수[km/s/Mpc] ) 허블의 법칙은 우주가 팽창한다는 이론의 기초가 되었을 뿐 아니라, 빅뱅의 증거이기도 하다. 허블의 발견에 따르면, 우주 팽창은 나를 중심으로 ​진행되고 있다고도 볼 수 있다. 내가 만약 이웃 안드로메다 은하로 가더라도 마찬가지다. 그곳을 중심으로 모든 은하들은 나로부터 멀어져가고 있을 것이다. 우주의 모든 은하들은 이처럼 서로 후퇴하고 있는 것이다. 이 경우 은하들이 스스로 이동하는 것은 아니다. 우주팽창은 공간 자체가 팽창하는 것이기 때문에 은하 간 공간이 늘어나고 있는 것이다. ​따라서 은하들은 늘어나는 우주의 카펫을 타고 서로 기약 없이 멀어져가고 있는 셈이다. 허블이 발견한 팽창 우주는 20세기 천문학사에서 가장 중요한 발견이자, 위대한 지식 혁명의 하나로 받아들여졌다. 허블의 제자인 앨런 샌디지는 우주의 팽창을 역사상 가장 놀라운 과학적 발견이라 불렀다. 가톨릭 신부복을 입은 천문학자 이처럼 유명한 '허블의 법칙'이 새 옷을 갈아입게 되었다. '허블-르메트르의 법칙'으로 불려지게 된 것이다. 국제천문연맹(IAU)은 지난 8월 오스트리아 빈에서 열린 연례회의와 전자투표에 참석한 회원 11,072명을 대상으로 허블의 법칙을 개명하는 찬반투표를 진행한 결과 78%가 찬성해 이름을 바꾸기로 했다고 밝혔다. 사실 그 전에도 허블의 법칙을 '허블-휴메이슨의 법칙'으로 바꿔야 한다는 주장이 있었다. 허블의 법칙에서 공동 관측자 휴메이슨이 빠진 것은 당시 그가 정식 과학자가 아니었기 때문인 것으로 추정되고 있다. 휴메이슨은 중학을 중퇴한 14세 이후로 정식 교육을 받지 않았으며, 윌슨산 천문대 잡역부로 일하다가 천체 관측에 뛰어난 솜씨를 발휘하여 정식 직원으로 채용되고 허블의 조수로 일하게 된 것이다. ​ 그렇다면 한 세기 가까이 이어오던 허블의 독점 체제를 깬 르메트르란 인물은 과연 누구인가? 벨기에 출신의 가톨릭 신부이자 천문학자인 조르주 르메트르는 대학생 때 토목공학을 공부하다가 1차대전에 참전한 후 천문학으로 방향을 틀었다. 그는 허블이 법칙을 발표하기 2년 전인 1927년, 팽창하는 우주를 나타내는 논문 〈일정한 질량을 갖지만 팽창하는 균등한 우주를 통한 우리은하 밖 성운들의 시선속도에 대한 설명〉을 발표, 매우 높은 에너지를 가진 작은 '원시 원자'가 거대한 폭발을 일으켜 우주가 되었다는 대폭발 이론을 최초로 내놓았다. 르메트르는 우주의 기원에 대한 그의 이론을 '원시 원자에 대한 가설'이라 불렀다. 르메트르는 후일 빅뱅 이론으로 발전된 이 가설에서, 우주는 팽창하고 있으며, 이러한 팽창을 거슬러 올라가면 우주의 기원, 즉 ‘어제 없는 오늘'(The Day without Yesterday)이라고 불리는 태초의 시공간에 도달한다는 선구적 이론을 펼쳐냈다. 1927년 브뤼셀에서 열렸던 세계 물리학자들의 솔베이 회의에 참석한 르메트르는 아인슈타인을 한쪽으로 데리고 가서 자신의 팽창우주 모델을 설명했다. 하지만 아인슈타인으로부터 "당신의 계산은 옳지만, 당신의 물리는 끔찍합니다"라는 끔찍한 말을 들었다. 아인슈타인이 거부한다는 것은 곧 전 과학계가 거부한다는 뜻으로, 르메트르는 자신의 이론에 흥미를 잃고 한동안 잊힌 듯이 지냈다. 르메트르가 '솔베이의 절망'을 맛본 지 6년 만인 1933년, 마침내 아인슈타인의 항복을 받아냈다. 우주 팽창을 발견한 허블의 윌슨산 천문대에서 열린 세미나에서 르메트르는 에드윈 허블을 비롯한 쟁쟁한 천문학자와 우주론자들 앞에서 빅뱅 모델에 대해 발표했다. 그는 자신이 좋아하는 불꽃놀이를 가미하여 현재의 우주 시간을 시적으로 표현했다. "모든 것의 최초에 상상할 수 없을 만큼 아름다운 불꽃놀이가 있었습니다. 그런 후에 폭발이 있었고, 그후엔 하늘이 연기로 가득 찼습니다. 우리는 우주가 창조된 생일의 장관을 보기엔 너무 늦게 도착했습니다."​ 아인슈타인은 르메트르의 팽창우주 강의를 듣고 "내가 들어본 것 중에서 창조에 대해서 가장 아름답고 만족스러운 설명"이라는 찬사를 보냈다. 또한 1965년, 빅뱅의 강력한 증거인 우주배경복사가 발견됨으로써 르메트르는 최종적인 승리를 거두게 되었다. 이 소식은 임종을 앞둔 르메트르에게도 전해졌다. 평생 신과 과학을 함께 믿었던 빅뱅의 아버지 르메트르는 1966년에 우주 속으로 떠나갔다. 향년 72세였다. 그로부터 반세기 지난 뒤 르메트르는 '팽창우주'의 지분을 정식으로 인정받아 허블-르메트르’ 법칙으로 수정되면서, 우주팽창론적 사고를 수학적으로 제시한 업적이 늦게나마 빛을 보게 되었다. IAU는 자료를 내고 “법칙의 물리적 설명과 증거는 허블이 제시했지만, 르메트르 역시 관련 연구를 비슷한 시기에 수행했다”며 “우주 팽창론을 수학적으로 유도했던 그의 업적을 다시 기리기 위한 것”이라고 설명했다. 이로써 전 세계의 천문학 교과서에는 앞으로 '허블-르메트르의 법칙'이 자리잡을 것으로 보인다. IAU는 1919년 설립돼 전 세계 총 107개 국가의 연구자가 참여하고 있는 국제 천문 조직으로, 천문학과 관련한 연구와 소통, 교육 등의 발전을 목표로 국가간 협력을 유도하고 있다. 다음 제31차 국제천문연맹총회(IAUGA)는 2021년 한국 부산에서 열린다. IAUGA는 천문학 분야 최대 국제학술대회로 1922년부터 3년마다 개최되고 있다. ​ 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

수많은 운동의 중첩, 이를 ‘일체무상'이라 합니다우리가 사는 동네, 태양계의 실상을 한 번 알아볼까요? 먼저, 태양계의 대장인 태양이 태양계 내 모든 천체의 총질량에서 차지하는 비율이 얼마나 될까요? 놀라지 마십시오. 무려 99.86%입니다. 우리가 사는 지구를 포함한 태양계의 여덟 행성, 수백의 위성, 수천억의 혜성, 소행성, 얼음 덩어리들을 모조리 합해봐야 전체 질량의 0.14%라는 거지요. 이런 독과점도 없지요. 그 내용을 들여다보면 더욱더 놀랍습니다. 0.14% 중 10분의 9는 또 목성과 토성이 다 차지한답니다. 그러니까 태양과 목성, 토성을 빼고 나서 남은 0.014%가 지구를 포함한 모든 태양계 천체들의 몫이라는 거지요. 말하자면 지구는 곰보빵 위에 붙어 있는 빵가루 한 개 정도라고나 할까요. 이 태양계 빵가루 하나 위에 70억 인류가 아웅다웅하며 살고 있다는 사실, 놀랍지 않습니까? 더욱 가관인 것은, 한시도 멈출 줄 모르는 복잡한 우주의 운행 속에서 우리가 태연히 살고 있다는 사실입니다. 그 복잡한 운행을 잠시 들여다볼 것 같으면, 우리는 지금, 이 순간에도 지구의 자전에 의해 1초에 약 400m를 이동하고 있습니다. 이는 음속을 넘는 수치로, 시속 1,500km에 달하는 맹렬한 속도입니다. 아마 자동차로 이렇게 달린다면, 물론 달릴 수도 없겠지만, 날개 없이 공중 비상을 할 것입니다. 항공기 속도의 두 배니깐요. 그런데도 우리는 왜 못 느낄까요? 네, 지구라는 우주선을 타고 같이 움직이고 있기 때문입니다. 바다 위를 고요히 달리는 배 안에서는 배의 움직임을 알 수 없는 거나 마찬가지입니다. 이걸 갈릴레오의 상대성 원리라고 하죠. 이건 1단계고요, 2단계는 지구의 공전으로 우리는 매초 30㎞라는 엄청난 속도로 우주 공간을 주파하고 있습니다. 이렇게 1년을 달리면 태양 둘레를 한 바퀴 도는 거지요. 3단계가 또 있습니다. 우리 태양계 자체가 은하 중심을 초점으로 하여 돌고 있습니다. 시속 70만㎞라니까, 초속으로 따지면 약 200㎞입니다(영상에서는 시속 7만㎞로 나와 있는데, 틀린 것임). 이처럼 맹렬한 속도로 달리더라도 은하를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 무려 2억3000만 년이나 됩니다. 이 광대한 태양계란 것도 은하에 비한다면 망망대해 속의 조약돌 하나라는 얘기죠. 하긴 은하라는 것도 이 대우주의 크기에 비한다면 역시 조약돌 하나입니다. 그래서 어떤 천문학자는 신이 인간만을 위해 이 우주를 창조했다면 공간을 너무 낭비한 것이라고 푸념했다는군요. 태양은 이 은하를 지금까지 25바퀴쯤 돈 것으로 나와 있습니다. 앞으로 그만큼 더 돌면 태양의 수명은 끝납니다. 적색거성으로 종말을 맞게 되지요. 다음 단계가 또 있습니다. 우리은하 자체가 머리털은하단이라는 무리를 향해 초속 600㎞로 돌진하고 있다는 사실. 그리고 마지막 결정적으로, 이 우주 공간 자체는 빛의 속도로 팽창하고 있습니다. 팽창우주론이죠. 따지고 보면, 이 우주 속에서 원자 알갱이 하나도 잠시 제자리에 머무는 놈이 없는 셈입니다. 이처럼 우주는 수많은 운동으로 중첩되어 있습니다. 우주 만상이 무서운 속도로 쉼 없이 움직이는 것이 이 대우주의 속성입니다. 이게 바로 일체무상이 아니고 무엇이겠습니까. 어떻습니까? 어질어질하시죠? 하지만, 우주는 너무나 조화로워 우리는 이 모든 움직임에서 보호받으며 이렇게 평온한 상태 속에 살아가고 있는 것입니다. 우주는 이토록 위대합니다. 신비를 넘어 감동이지요. 그 감동을 당신이 느낄 수 있다면 그것만으로도 태어나서 본전은 뽑은 셈 아닐까요? 그러면 태양계의 실제 움직임을 표현한 동영상을 한번 보도록 하시죠. 최근 한 온라인 커뮤니티 게시판에 ‘태양계 실제 움직임’이란 제목으로 올라와 누리꾼들의 높은 관심을 받은 화제작입니다. 일반적으로 태양계가 정지되어 있으리라 생각한 사람들은 실제 태양계가 빠른 속도로 우주 공간을 돌진하고 있는 것을 보고는 탄성을 금치 못합니다. 지금 우리가 사는 세상은 이토록 희한한 곳이라는 사실을 실감 나게 느끼게 해주고 있습니다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

지구에서 불과 6광년 떨어진 곳에서 지구 질량의 3배인 '슈퍼지구'가 발견됐다. 지난 14일(현지시간) 미국 CNN 등 주요언론은 뱀주인자리의 어두운 별인 바나드(Barnard)의 주위를 도는 외계행성 '바나드-b'가 발견됐다고 보도했다. 　 지구와 같은 바위형 행성이지만 표면온도가 -130℃도 넘는 차가운 얼음왕국인 바나드-b는 항성을 233일 만에 공전한다. 항성과의 거리로만 보면 태양과 수성 사이 정도지만 바나드가 태양과 비교하면 약 0.4%의 빛을 방출해 표면에 액체상태의 물은 없고 얼음만 가득할 것으로 보인다. 바나드는 우리은하의 별 가운데 80% 정도를 차지하는 적색왜성에 속한다. 적색왜성은 태양질량의 40% 미만인 작은 별로 크기가 작은만큼 밝기나 표면 온도가 낮다. 이 때문에 주위에 있는 행성들이 따뜻한 기후를 갖추기 위해서는 적색왜성에 매우 가까이 위치해야 한다. 적색왜성 역시 많은 행성을 거느리고 있지만 매우 어둡고 침침해 이를 관측하기가 쉽지않다.이번에 미국의 카네기 연구소, 스페인 우주과학 연구소 등 국제공동연구팀은 지난 20년간 이루어진 관측 데이터를 재분석해 이같은 결과를 얻었으며 바나드-b는 아직은 외계행성 후보다. 논문의 공동저자인 카네기 연구소 폴 버틀러 박사는 "그곳에 진짜 행성이 있을 것으로 99% 확신하다"면서 "바나드별은 마치 행성사냥을 위한 거대한 흰고래와 같다"고 자평했다. 이어 "'시선속도'라는 기술을 사용해 이번에 처음으로 먼 별의 주위에서 행성을 찾는데 성공했다"고 덧붙였다.시선속도(radial velocity)는 심연의 우주에서 행성을 찾아내는 방법 중 하나다. 별이 지구에 가까워지거나 혹은 멀어지면 도플러 효과에 의해 파장이 짧아지거나 길어지는데, 이를 측정하면 별의 이동속도를 측정할 수 있다. 그런데 외계행성이 있는 경우 별이 공전 주기에 따라 조금씩 흔들리게 되는데 이를 감지해 그 존재를 찾아내는 방법이 바로 시선속도다. 보도에 따르면 바나드-b는 역대 발견된 것 중 2번째로 가까운 곳에 위치한 외계행성이다. 지구에서 가장 가까운 항성계는 3개의 별이 모인 삼성계인 알파 센타우리로 지구에서 약 4.3광년 떨어진 곳에 위치해있다. 　 이번 연구결과는 유명 과학저널 네이처(Nature) 14일 자에 발표됐다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

이른바 은하수로 불리는 우리은하의 가장자리 뒤편에 놀라울 정도로 희미한 위성 은하 하나가 숨어있는 것으로 나타났다. 국제 천문학 연구진은 유럽우주국(ESA)의 ‘가이아 위성’ 관측자료를 검토하는 조사 중에 유령처럼 희미한 위성 은하 ‘안틀리아 2’(Antila 2)를 발견했다고 밝혔다. 이른바 ‘안트 2’(Ant 2)라는 약자로 불리는 이 위성 은하는 우리은하에서 공기펌프자리(constellation of Antlia) 방향으로 약 13만 광년 거리에 있어 이런 이름이 붙여졌다.특히 안트 2 은하는 지금까지 우리은하 근처에서 확인된 위성 은하 60여 개 중에서 가장 크다고 알려진 ‘대마젤란은하’(LMC) 만큼이나 크다. 따라서 이 은하는 우리 은하의 3분의 1 정도 크기로 확인되고 있지만, 밀도가 극도로 낮은 탓에 거기서 나오는 빛은 1만 분의 1 수준으로 어두워 지금껏 발견되지 않았다. 이에 따라 왜소 은하로 추정되고 있는 이 은하에는 ‘유령 은하’라는 별칭까지 붙었다. 연구를 이끈 대만 중앙연구원 산하 천문천체물리연구소(ASIAA)의 가브리엘 토렐바 박사는 “이는 그야말로 유령 은하다. 안트 2와 같은 확산 은하는 이전까지 간단하게 볼 수 없었다”면서 “이번 발견은 가이아 위성의 뛰어난 성능 덕분에 가능했던 일”이라고 설명했다.안트 2와 같은 왜소 은하들은 초기 우주에서 형성됐다. 연구진은 새로운 위성 은하를 찾기 위해 가이아 위성의 관측 자료에서 ‘거문고자리 RR형 변광성’(RR Lyrae stars)을 집중적으로 조사했다. 푸른 빛을 내는 이들 별은 생성 시기가 오래돼 금속 성분이 낮아 안트 2와 같은 왜소 은하에서만 발견돼 왔기 때문이다. 또 연구진은 거문고자리 RR형 변광성을 통해 이 은하의 좌표를 확인하는 후속 조사에서 지구의 움직임 탓에 몇 달 밖에 관측하지 못하는 문제에 직면하기도 했지만, 100개가 넘는 적색거성이 함께 움직이는 것을 스펙트럼상에서 확인함으로써 이 은하가 우리 은하와는 약 13만 광년의 거리를 유지하고 있다는 점을 확인할 수 있었다.이밖에도 연구진은 안트 2의 질량이 같은 크기 은하보다 100배나 적고 거느린 별도 훨씬 적다는 점을 확인했다. 하지만 오늘날 은하 형성 모델로는 안트 2의 크기에 질량이 이처럼 낮고 LMC보다 1만 분의 1 정도 어두운 점을 설명하지 못한다. 연구에 참여한 미국 카네기멜런대학 물리학과의 세르게이 코포소프 조교수는 “안트 2가 이처럼 적은 질량을 지닌 것으로 보이는 이유는 우리은하의 조석력에 의해 빼앗긴 것이라고 단순히 설명할 수는 있지만, 조석력으로 질량을 잃은 것이라면 크기가 줄어들지 안트 2처럼 크기가 큰 것은 아직 설명할 수 없는 부분”이라고 말했다. 물론 벨로쿠로프 박사는 이 은하에서 항성 진화가 활발한 탓에 그 크기가 커졌을 가능성도 있다고 말하지만, 이 은하의 비정상적인 크기와 광도 탓에 어떤 과정이 원인이 됐는지는 여전히 불명확하다. 연구에 동참한 매슈 워커 카네기멜런대 조교수도 “우리은하 옆에 있는 위성 은하 60여 개와 비교하면 안틸라 2는 그야말로 괴짜”라면서 “우리는 이 은하가 빙산의 일각일 뿐이며 이 은하와 비슷한 거의 보이지 않는 왜소 은하들이 우리 은하를 둘러싸고 있을지도 모른다”고 덧붙였다. 자세한 연구 성과는 미국 코넬대가 운영하는 온라인 논문저장 사이트 ‘아카이브’(arxiv)에 9일 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

두 은하가 충돌할 때 각 은하 중심에 있는 두 거대 블랙홀이 서로 끌어당기는 순간이 처음으로 포착됐다. 미국 메릴랜드대학 출신 천문학자 마이클 코스 박사가 이끄는 국제 연구팀은 충돌이 진행 중인 여러 은하에서 각 은하 중심에 있는 거대 블랙홀이 서로 끌어당겨 합쳐지기 직전의 순간들을 포착했다고 7일(현지시간) 밝혔다. 연구팀은 “이같은 천문 사건은 우리은하가 수십억 년 안에 이웃은하인 안드로메다와 충돌할 때 어떤 일이 일어날지를 미리 보여주는 것”이라고 설명했다. 연구팀은 미국항공우주국(NASA) 허블우주망원경과 하와이 W.M.켁 망원경 등에 포착된 방대한 자료를 선별해 충돌 중인 은하 수백 개를 조사했다. 코스 박사는 “두 은하의 중심에 각각 자리잡은 두 블랙홀이 하나로 합쳐지는 순간을 자세히 본 것은 꽤 놀라운 일이었다”면서 “이는 해석에 의존하지 않은 매우 깨끗한 결과물이므로 논쟁의 여지가 없다”고 말했다. 연구팀은 방대한 X선 자료에서 시각적으로 희미하지만 활발한 블랙홀들을 찾아냈다. X선은 은하 중심을 덮고 있는 두꺼운 먼지와 가스구름을 통과하므로 이를 측정하면 관측할 수 있다. 그리고 거기에 있는 블랙홀들이 하나의 거대한 블랙홀로 합쳐지기 직전까지 서로 끌어당기는 모습을 포착했다. 연구팀에 따르면, 두 블랙홀이 충돌하면 중력파라는 강력한 에너지를 방출할 것이다. 초기 우주에서는 은하 충돌이 더 빈번하게 이뤄졌으며 이번에 포착된 새로운 이미지들은 이런 사건 중 하나에 관한 상세한 광경을 제공한다. 또한 이런 이미지는 우리 은하 중심에 있는 거대 블랙홀이 안드로메다에 있는 블랙홀과 합쳐질 때 어떤 일이 일어나는지를 보여준다. 이런 블랙홀은 결국 부서져 하나의 더 큰 블랙홀로 합쳐질 것이다. 자세한 연구 성과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(8일자)에 실렸다. 사진=NASA/ESA/W.M.켁천문대/마이클 코스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

잠재적으로 거주 가능한 외계행성 수의 집계가 조금 아래쪽으로 수정되어야 한다는 관측 결과가 나왔다. 현재까지 미항공우주국(NASA)의 가성비 높은 케플러 우주망원경은 ‘거주가능 지역'(habitable zone) 곧, 행성 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 궤도 범위에서 대략 지구 크기의 외계행성 30여 개를 발견했다. 그러나 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 관측 위성에 의한 새로운 관측에 따르면, 실제 거주가능 외계행성 수는 2~12개 정도로 예측된다고 지난 26일(현지시간) NASA 관계자는 밝혔다. 2013년 12월에 발사된 가이아는 우리은하의 초정밀 3D지도를 제작에 착수했는데, NASA 관계자에 따르면,이 지도에는 약 17억 개의 별에 대한 위치 정보와 13억 개 별에 대한 거리 데이터가 포함되어 있다. 가이아의 관측에 따르면 케플러가 발견한 외계행성의 모항성들 중 일부는 이전에 예측했던 것보다 더 밝고 큰 것으로 밝혀졌다. 따라서 그러한 별들을 돌고 있는 외계행성들은 이전에 생각했던 것보다 더 크고 뜨거울 가능성이 있다. ‘뜨거운’ 문제는 간단한 것이다. 별은 크고 밝을수록 더 많은 열을 방출한다. 예상치의 큰 오차는 ‘트랜싯 방법’으로 알려진 케플러의 외계행성 사냥법에서 비롯된 것으로 알려졌다. 케플러 망원경은 행성이 모항성 앞을 지날 때 그 엄폐로 인해 모항성의 밝기가 변하는 것을 포착하는 방법으로 외계행성의 존재를 탐지하는데, 이를 ‘트랜싯 방법’이라 한다. 행성 크기 추정치는 통과 중 엄폐되는 별의 디스크 백분율로 구해진다. 따라서 별의 지름이 큰 쪽으로 수정되면 이에 따라 행성의 지름도 수정될 수밖에 없다. “항상 모든 문제는 우리가 그 별을 얼마나 잘 이해하고 있는가에 달려 있다”고 설명하는 NASA 외계행성 탐색 프로그램 수석 과학자 에릭 매머젝은 “이것은 진행 중인 이야기의 또 다른 장”이라고 밝혔다. 중요한 것은 새로운 관측 결과는 우리은하에 지구에만 생명체가 존재하는 것은 아닐 거라고 희망하는 사람들을 낙담시키지 않아야 한는 점이다. NASA 관계자들은 은하수에 아직도 생명체가 거주할 만한 많은 천체들이 있다고 강조하지만, 가이아 자료에 따르면 천문학자, 우주 생물학자 및 행성 과학자들은 외계행성의 거주 가능성에 대해 더 많은 연구가 필요하다는 사실을 말해준다. 제시 닷슨 NASA 천체 물리학자는 “우리는 여전히 외계행성이 얼마나 크며, 암석으로 이루어져 있는지 밝혀내려고 노력 중"이라고 밝혔다. 그는 K2로 알려진 케플러 확장 임무 프로젝트 과학자다. 과학자들이 외계행성을 탐색할 때 ‘거주 가능 지역’의 개념에는 궤도 거리만 들어 있는 것은 아니다. 외계행성의 질량과 대기 조성 같은 조건도 빠뜨릴 수 없는 요소들이다. 행성의 온도를 결정하는 데 중요한 영향을 미치기 때문이다. 또한 생명체가 서식하기 위해서는 지표에 액체 물이 필요하다고 흔히 말하지만, 꼭 그런 것은 아니다. 우리 태양계에서 거주 가능 지역 바깥에 있는 목성의 유로파와 토성의 엔셀라두스와 같은 얼어붙은 위성에도 지하에 바다를 갖고 있는 경우가 있다. 그 바다에 생명체가 서식하고 있을 것이라고 과학자들은 추측하고 있다. 물이 아니라 다른 용매로도 생명체가 존재할 수 있을지도 모르기 때문이다. 총 6억 달러(한화 약 7000억원)가 투입된 케플러 미션은 2009년 3월에 시작되었으며, 4년의 기본 임무 기간 동안 망원경은 약 15만 개의 별을 동시에 관측하면서 행성들의 모항성 통과를 추적했다. 이 작업은 관측대상을 정확히 조준하는 역할을 하는 리액션 휠 4개 중 2개가 고장나는 바람에 2013년 5월 끝났다. 그러나 케플러 망원경은 그후 2개의 리액션 휠과 태양광의 압력을 이용해서 부활되어 2014년 확장 미션 K2를 시작해 외계행성 탐색을 재개, 지금까지 이 K2에서 2,681건의 외계행성이 발견되었다. 그 결과, 케플러 우주망원경은 현재까지 발견된 약 3800개의 외계행성 중 약 70%를 발견하는 개가를 올렸다. 이 ‘케플러 수’는 계속해서 증가할 것으로 보이는데, 현재 3000개의 행성 ‘후보’가 후속 분석-관찰에 의한 확인을 기다리고 있다. 이처럼 빛나는 전과를 올린 케플러의 활약도 곧 막을 내릴 것으로 보인다. 우주선은 연료가 바닥을 드러내고 있어 최근 ‘연료를 사용하지 않는’ 휴면 모드로 들어갔다.　 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

마치 수많은 보석을 촘촘히 뿌린듯 황홀하게 빛나는 별들의 도시가 공개됐다. 지난 19일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경의 광시야 카메라 3(WFC3)과 탐사용 고성능 카메라(ACS)에 의해 촬영된 아름다운 성단(星團)의 모습을 홈페이지에 공개했다. '보석도 이보다 더 밝게 빛나지 못한다'고 묘사할 만큼 찬란한 이 지역은 성단(星團) NGC 1898이다. 별들이 마치 공처럼 둥글게 모여있어 구상성단(球狀星團·globular cluster)으로 분류되는 NGC 1898은 우리은하의 위성은하인 대마젤란은하의 중심막대 부근에 자리잡고 있다. 사진 속에서 파랗게 혹은 붉은색으로 빛나는 천체는 물론 우리의 태양같은 별이다. 태양빛이 지구에 도달하는데 걸리는 시간은 약 8분이지만 이곳 NGC 1898의 빛이 우리를 찾아오는데 걸리는 시간은 무려 16만 년이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

태양을 비롯한 은하계의 별은 모두 일정한 속도와 방향으로 이동한다. 지구를 포함해 태양계의 행성과 위성 역시 같이 움직이기 때문에 우리는 모두 우주를 여행하는 방랑자라고 할 수 있다. 그런데 이 가운데는 이동 속도가 너무 빨라 은하계의 중력을 이기고 탈출하는 별도 있다. 보통 별의 이동 속도가 은하계 중심을 기준으로 초속 100km 정도라면 초고속별(hypervelocity star·HVS)은 그보다 10배 빠른 것도 존재한다. 물론 초고속별은 우리 은하에서 매우 드문 존재이기 때문에 은하계가 흩어지지 않고 오랜 세월 유지된다. 과학자들은 초고속별의 생성 원인으로 은하 중심의 거대 질량 블랙홀의 중력 간섭이나 동반성의 초신성 폭발 같은 극적인 상황을 들고 있다. 이 정도 힘이 아니면 태양같이 큰 질량을 지닌 별을 빠르게 가속할 수 없기 때문이다. 하지만 그 정확한 원인에 대해서는 아직도 모르는 것이 많다. 네덜란드 레이던 대학 과학자들은 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 관측 위성 관측 데이터를 분석해 새로운 초고속별 여러 개를 동시에 발견했다. 가이아는 우리 은하와 그 너머에 있는 10억 개 이상의 천체를 관측한 거대한 데이터를 공개했는데, 연구팀은 이 가운데 정확한 속도를 알 수 있는 700만 개의 별을 조사해 초고속별 20개를 새로 발견한 것이다. 이 별의 속도와 방향을 확인한 과학자들은 놀라지 않을 수 없었는데, 이동 방향이 대부분 은하 밖이 아니라 중심이나 디스크 방향이었기 때문이다.(사진) 다시 말해 이 별들은 우리 은하 밖으로 뛰쳐나가는 것이 아니라 외부에서 우리 은하 방향으로 돌진하고 있었다. 연구팀은 이들의 기원에 대해서 대마젤란 은하처럼 우리 은하 주변의 외부 은하에서 뛰쳐나온 초고속별이나 혹은 우리 은하 주변 공간인 은하 헤일로에서 기원한 별로 생각하고 있으나 좀 더 상세한 연구가 필요하다. 현재 가이아는 계속해서 관측을 진행하고 있으며 앞으로 1억5000만 개의 별의 속도를 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 과학자들이 이 데이터를 확보한다면 초고속별의 기원은 물론 은하계와 그 주변의 별이 어떻게 움직이는지에 대한 매우 상세한 정보를 확인할 수 있을 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

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　　

-버팔로(BUFFALO) 프로젝트로 초기 은하 형성을 밝힌다 허블 우주 망원경이 우주에서 가장 멀리 떨어져 있는 은하계를 잡은 놀라운 이미지가 13일(현지시간) 우주 전문 사이트 스페이스닷컴에 소개되었다. 이 사진은 우주의 초창기에 생긴 태초의 은하계 모습을 근접 촬영한 것이다. 허블 망원경의 버팔로(BUFFALO:Beyond Ultra-Deep Frontier Fields And Legacy Observations) 프로젝트라는 새로운 미션의 일환으로 찍은 이 사진은 지구로부터 50억 광년 떨어진 아벨(Abell) 370이라는 거대한 은하단의 모습을 잡은 것이다. 이 은하단은 은하단 너머 멀리 떨어진 물체를 확대해서 보여주는 일종의 우주 돋보기 역할을 하고 있다. 허블 망원경은 아벨 370과 같은 거대한 은하단의 중력이 배경의 멀리 떨어진 물체로부터 빛을 굴절하고 상을 확대하기 때문에 아주 희미한 물체의 이미지를 잡아낼 수 있다. 이것은 한 세기 전 아인슈타인이 일반상대성 이론에서 예측한 현상으로, 중력이 큰 천체가 시공을 왜곡하여 빛을 휘게 하는 중력 렌즈 효과이다. 중력이 클수록 이 현상은 더욱 크게 나타난다. 아벨 370은 거대한 두 타원은하가 지배하고, 희미한 호가 가득한 것처럼 보인다. 중앙에서 약간 왼쪽에 보이는 인상적인 용모양 호와 산란된 푸른 호들은 아벨 370 은하단보다 약 두 배 더 먼 곳에 있는 은하들로, 아벨 은하단 같은 거대 질량체가 없다면 결코 보이지 않을 천체들이 중력 렌즈 현상으로 확대되어 이같이 보이는 것이다. 그런데 아벨 은하단의 거대한 질량은 보이지 않은 암흑물질에 의해 지배된다. 만약 이러한 암흑물질이 없다면 은하단에 속한 은하들이 다 뿔뿔이 흩어지고 말았을 것이다. 이미지의 오른쪽 아래 보이는 날카로운 푸른 별빛은 우리은하의 별이며, 그 별보다 훨씬 더 멀리 있는 아벨 370은 고래자리 에 있다. 버팔로 프로젝트의 일환으로 허블 망원경은 6개의 거대 은하단과 그 주변을 관측할 계획이다. 새로운 관측 데이터는 천문학자들이 초기 은하계의 진화에 대해 더 많은 것을 알 수 있게 해줄 것으로 기대되고 있다. 허블 망원경이 2013년부터 2017년까지 진행된 프론티어 필드 프로그램에서 중력 렌즈 효과가 강한 6​​개의 주목할 만한 은하계를 관측한 바 있는데, 버팔로 프로젝트는 이 프로그램을 계승한 것으로, 전 미션보다 10배 더 효율적으로 우주에서 가장 거대하고 오랜 은하들이 언제 어떻게 형성되었는지, 그리고 빅뱅 이후 처음 8억 년 동안 형성된 암흑물질과 은하 사이의 관계가 어떠한가를 조사할 계획이다. 버팔로 프로젝트에서 수집된 데이터는 허블 망원경을 대체하기 위해 2021년에 발사될 예정인 NASA의 제임스 웹 우주망원경과 같은 향후 미션에도 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

태양계에서 가장 질량이 큰 천체는 두말할 것도 없이 태양이다. 얼마나 클까? 태양계의 모든 식구들, 태양과 8개 행성, 수백개의 위성, 수천억 개의 소행성 등등을 밀가루반죽처럼 한데 뭉쳐서 그중 태양이 차지하는 비중을 계산해보면 무려 99.86%에 달한다. 태양 외 기타 등등은 기껏해야 0.14%라는 얘긴인데, 정말 어처구니가 없을 정도로 미미하다. 그뿐만이 아니다. 그 기타 등등의 90%를 목성과 토성이 차지한다고 하니, 지구를 포함한 태양계 기타 등등은 고작 0.014%라는 얘기다. 그렇다고 태양이 큰 별 축에 속하냐 하면 그런 것도 아니다. 우리은하에 있는 약 4천억 개의 별 중 중간치 크기에 속하는 별이다. 그러니까 별들 중 반 이상이 태양보다 크다는 뜻이다. 밤하늘에서 반짝이는 별들은 거의가 태양의 수십 배 내지 수백배 큰 별이라고 보아 거의 틀림이 없다. 그렇다면 이들 별 중에서 가장 질량이 큰 별은 태양의 몇 배나 될까? 현재까지 관측으로 밝혀진 바에 따르면, 최대 질량의 별은 R136a1이라는 별로, 우리 태양 질량의 300배를 넘는 것으로 알려져 있다. 타고난 질량이 별의 운명을 결정한다 보통 R136a1로 불리는 RMC 136a1 별은 지구에서 약 16만 3,000광년 떨어진 타란툴라 성운에 있는 별이다. 즉, 우리은하 바깥에 있는 별로서, 우리은하의 위성은하 중 하나인 대마젤란 은하 속의 별이라는 뜻이다. 남아프리카 공화국의 래드클리프 천문대 소속의 천문학자들은 1960년 나중에 RMC 136이라고 명명한 성단을 처음으로 발견했다. 허블 우주 망원경이 이 성단을 조사해본 결과, 성단은 200개 이상의 아주 밝은 별들로 구성되어 있었다. 그중 가장 질량이 큰 별이 바로 RMC 136a1로, 태양 질량의 315배나 되는 엄청난 질량의 거성이었다. 사람으로 치면 R136a1은 엄청난 과체중인 셈이지만, 사람과는 달리 나이를 먹어감에 따라 점차 체중이 줄어든다. 현재 이 별의 나이는 약 100만 년 남짓으로 거성으로서는 중년을 막 넘긴 셈이다. 과체중이 단명한다는 이치는 별의 세계에서도 그대로 통한다. 태양같은 중간치 별들은 약 100억 년을 살지만, R136a1 같은 거성은 고작 몇백만 년이면 생을 마감한다. 내부의 엄청난 중력과 압력으로 수소핵융합 반응이 격렬하게 일어나기 때문이다. R136a1이 태어날 때의 체중은 태양 질량의 320배 정도 되었을 것으로 추정되고 있지만, 이미 자기 체중의 5분의 1, 그러니까 태양 50개에 맞먹는 질량을 우주공간으로 방출했다. 이처럼 지금까지 우주에서 가장 무거운 별로 알려진 R136a1이지만, 가장 큰 별은 아니다. 태양지름의 약 30배나 되기는 하지만, 가장 큰 별에 비하면 거의 난쟁이 수준에 지나지 않는다. 지금까지 알려진 최대의 별은 UY Scuti라는 별로, 무려 태양 지름의 1,700배에 달하는 거대한 덩치를 자랑한다. 하지만 이 별의 질량은 태양의 30배에 지나지 않는다. 메이드 인 스타 만약 R136a1을 끌어다가 태양 자리에다 갖다놓는다면, 태양의 밝기는 지금 달 정도의 밝기로 비례 축소될 것이다. 게다가 그것의 강력한 방사선은 지구에 심각한 상황에 빠뜨릴 것이다. 그리고 별의 무거운 질량은 지구의 1년 길이를 3주나 줄일 것이며, 지구는 방사선 물질로 멱을 감아 어떠한 생명체도 살아남지 못할 것이다. R136a1과 같은 별을 '볼프-레이에 별'(Wolf-Rayet Star)이라 부르며, 태양 질량의 20배 이상인 별들이 나이를 먹고 진화하여 초속 2000km 이상의 강력한 항성풍을 통해 막대한 질량을 상실한다. 수백만 년 동안 약 태양 질량의 10배 물질을 우주공간으로 방출할 수 있다. 따라서 이런 거대한 별들은 방사선 등으로 환경에 심대한 영향을 줄 수 있다. 볼프-레이에 별은 태양의 대략 100억년의 수명보다 훨씬 짧으며 약 500만년 밖에되지 않는다. 과학자들은 은하에서 200개가 넘는 볼프-레이에 별을 알고 있지만, 은하수는 2000 개가 넘는 것으로 추정되며 대부분은 먼지에 의해 숨겨져 있다. 대략 볼프-레이에 별의 절반은 다른 거대한 별, 블랙홀 또는 중성자별과 같은 동반자를 가진 것으로 생각된다. 거대한 별의 최후는 극적이다. 태양 수십 배의 질량과 덩치를 가진 존재가 한순간 폭발로 임종을 맞는 것이다. 그러면 핵융합으로 버린 모든 원소들뿐 아니라, 폭발 순간 엄청난 온도와 압력으로 나머지 중원소들을 만들어 우주공간으로 흩뿌린다. 이것이 바로 초신성 폭발이다. 그러나 신성이 아니라 늙은 별의 임종인 셈이다. 그리고 이 별의 잔해들이 모여 다시 새로운 별을 만든다. 이른바 별의 윤회다. 인간을 비롯한 모든 생명들은 이 별의 윤회 과정에서 나타난 산물에 다름아니다. 우리 몸을 이루고 있는 모든 원소들은 별의 몸 속에서 그리고 별의 먼지에서 나온 것들이다. 별이 제 몸을 아낌없이 우주로 내놓지 않았더라면 사람도, 다른 생명도 존재할 수 없었을 것이다. 이것이 바로 별과 인간의 관계, 나와 우주의 관계인 것이다. 우리는 말하자면 메이드 인 스타인 것이다. 그런 점에서 긍지를 느껴도 좋지 않을까? 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　

우리가 사는 우리은하와 똑닮아 '클론'이라는 별명으로도 불리는 NGC 6744의 역대 가장 디테일한 이미지가 공개됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경에 장착된 광시야 카메라(WFC-3)로 관측한 NGC 6744의 모습을 공개했다. 지구에서 약 3000만 광년 떨어진 공작자리에 똬리를 튼 NGC 6744는 우리은하와 같은 나선형 은하다. 특히 나선팔의 형태와 그 안을 수놓고 있는 많은 별들의 모습이 우리은하와 비슷해 쌍둥이 은하로도 불린다. 다만 우리은하의 지름이 10만 광년에 달하는 데 반해 NGC 6744는 20만 광년 크기로 펼쳐져 있어 두 배에 달한다. NASA 측은 "우리은하처럼 NGC 6744의 중심에도 나이먹은 노란색 별들이 뭉쳐져있다"면서 "중심에서 벗어난 나선팔 부근에는 활발하게 별들이 생성되고 있는 분홍색 지역과 어린별들로 가득찬 파란색 지역이 확인된다"고 설명했다. 이어 "NGC 6744는 여전히 활발하게 살아있는 은하"로 "언뜻 보면 우리은하로 착각할 정도"라고 덧붙였다. 　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

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

지구촌 하늘 88개 별자리 중 우리은하의 중심에서 가장 따끈한 아랫목에 자리잡고 있는 것이 바로 궁수자리다. 궁수자리는 물론 활을 쏘는 궁수를 닮았다고 붙여진 이름이지만, 사실 찻주전자를 더 잘 연상시키는 모습으로 흔히 ‘우주의 찻주전자’로 불린다. 지난 20일(현지시간) 미 항공우주국에서 운영하는 ‘오늘의 천문사진'(APOD) 사이트에 이색적인 사진 하나가 올라와 우주 마니아들의 눈길을 끌었다. ‘우주의 찻주전자’가 보이는 우리은하 아래 황야에 서 있는 이정표에 걸린 수많은 찻주전자를 한 프레임으로 잡은 사진이다. 미국 캘리포니아주에 있는 ‘죽음의 골짜기'(Death Valley)의 주전자 교차로(Teakettle Junction)에서 레이스트랙 플레야로 가는 길의 나무 이정표를 촬영한 이 사진은 초현실주의 그림 같은 분위기를 띠고 있는데, 하늘에 떠 있는 은하수는 마치 이들 찻주전자에서 모락모락 피어오르는 김처럼 보이기도 한다. 백년 전 220km에 이르는 이 죽음의 골짜기 길을 가던 한 나그네가 무슨 마음에선지 이정표 위에 찻주전자 하나를 걸어놓고 갔는데, 그 뒤 이 길을 가던 나그네들이 이심전심으로 찻주전자를 같이 걸어놓기 시작해 이처럼 주전자 삼거리가 되었다고 한다. 은하수 한가운데 밝게 빛나는 천체는 요즘 잘 보이는 토성이고, 왼쪽에서 붉게 빛나는 것은 15년 만에 지구에 가장 가까운 대접근을 앞둔 화성이다. ​수십 년 래의 더위가 기승을 부리는 이번 여름, 어느 시원하고 한적한 시골을 찾아 오렌지색으로 빛나는 화성과 은하수 속의 우주 찻주전자를 한번 찾아보는 건 어떨까? 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

-100억년 전 '소시지 은하'와 충돌 약 100억 년 전 소시지 모양의 은하가 우리은하와 충돌하는 바람에 우리은하의 모양을 크게 바꾸어놓았다는 연구결과가 발표되었다. 국제 천문학 연구팀이 유럽 ​​우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 위성 자료를 연구 분석한 결과, 약 80억~100억 년 전 우리은하의위성은하인 한 왜소은하가 우리은하로 쏟아져들어왔으며, '가이아 소시지'로 불리는 이 은하와의 장엄한 충돌로 인해 우리은하 중심의 팽대부와 외곽을 둘러싼 별들의 헤일로(halo)가 형성된 것으로 결론을 내렸다. 영국 케임브리지 대학의 연구원인 바실리 벨로쿠로프는 "이 충돌은 왜소은하를 갈가리 찢어버렸다"고 밝혔다. 그의 설명에 따르면, 충돌 후 소시지 은하의 별들은 소시지처럼 생긴 길고 좁은 방사형 궤도를 따라 움직였으며, 여기서 '소시지 은하'라는 별명을 얻게 되었다. 별들이 궤도를 도는 소시지 모양의 경로는 우리은하의 중심 근처에 있기 때문에 이 충돌에 대해 몇 가지 중요한 실마리를 연구자들에게 주었다고 밝히는 벨로쿠로프 박사는 "왜소은하가 심한 편심 궤도를 타고들어와서 우리은하 안에 영원히 갇혀버린 것"이라고 설명했다. 이 같은 상황은 우리은하의 형태를 완전히 '개혁'했을 뿐만 아니라, 현재까지도 지속적인 영향을 미치고 있는 것으로 연구자들은 보고 있다. 한국의 명규철 박사도 포함되어 있는 벨로쿠로프 연구진은 이 충돌로 인해 빚어진 세 가지 주요 효과를 예측하고 있는데, 첫째 충돌이 우리은하의 디스크를 부풀어오르게 했으며, 심지어 잠재적으로 완전히 파괴했을 것이라고 생각한다. 물론 시간이 지남에 따라 디스크는 어느 정도 원상을 회복한 것으로 보고 있다. ​둘째, 충돌로 인한 파편이 은하 중심을 '팽창'시켰을 것으로 보고 있다. 그것이 현재의 우리은하 중심의 팽대부를 만들었을 것이다. 셋째, 이 충돌에 따른 별과 파편의 산란은 우리은하 주위를 둘러싼 '별의 헤일로'를 만든 것으로 본다. 소시지 은하와의 충돌이 은하충돌의 유일한 사례는 아니지만, 그것은 우리은하과 충돌한 가장 큰 왜소은하라는 점에서 특별한 의미를 갖는다고 연구자들은 설명한다. 그렇다면 앞으로 약 40억 년 뒤에 있을 것으로 보는 안드로메다 은하와의 충돌에 비금가는 은하충돌을 이미 우리은하는 경험한 셈이라고 할 수 있다. 이 발견은 이달 초 영국 왕립 천문학회의 '월간 정보지', '아스트로피지컬 저널 레터' 등에 게재되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com