흔히들 커뮤니케이션이나 소통이라고 하면 대화를 떠올리기 쉬운데 이는 사람을 기준으로 생각하기 때문이다. 미디어 철학자 존 더럼 피터스 미국 예일대 미디어학과 교수가 2016년에 발표한 ‘자연과 미디어’(The Marvelous Clouds)에 따르면 자연은 물질이나 에너지 흐름으로 커뮤니케이션한다고 봐야한다고 이야기하고 있다. 국제 공동연구진이 지구에서 124억 광년이 떨어져 있는 은하가 주변 다른 은하들과 물질을 주고받으며 커뮤니케이션하는 모습을 관측하는데 성공했다. 칠레 디에고 포르탈레스대, 영국 레스터대, 케임브리지대, 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA), 매사추세츠공과대(MIT), 중국과학원 국가천문대(NAOC), 프랑스 리옹 제1대학, 한국 고등과학원 국제공동연구진은 칠레 아타카마 사막에 설치된 대형 전파망원경 ‘아타카마 대형밀리미터파 간섭계’(ALMA)를 이용해 ‘W2246-0526’ 은하와 이웃 은하들끼리 물질의 흐름을 주고받는 것을 관측했다고 밝혔다. 이번 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 16일자에 실렸다. W2246-0526은하는 미국항공우주국(NASA)에서 운용하는 광시야 적외선탐사 우주망원경(WISE)으로 2015년에 발견됐다. 지구로부터 124억 광년 떨어진 곳에 위치한 W2246-0526은하는 우주 초창기 은하로 분류되고 있다. 발생 후 시간이 흐르면 빛이 흐려지기 마련인데 W2246-0526은하는 광도가 태양의 350조 배에 달해 과학계에서 주목하고 있었다. 연구진은 이번 관측과 분석을 통해 W2246-0526은하와 주변에 세 개의 은하 사이에서 물질의 흐름이 있다는 사실을 확인했다. 다른 세 개의 은하에서 W2246-0526 은하로 막대한 양의 물질이 흘러들어가면서 새로운 별을 만들거나 거대 블랙홀 성장에 이용될 것이라고 연구진은 예측하고 있다. 디아즈 산토스 박사(디에고 포르탈레스대)는 “W2246-0526은하가 세 개의 은하와 이웃하고 있다고는 알려져 있었지만 이번 연구는 이들 사이의 상호작용을 뒷받침할 수 있는 실질적 증거를 제시한 것으로 주변 은하들 사이에 연결고리가 있다는 것을 확실히 보여줬다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우리 은하에 있는 블랙홀 하나가 빛의 속도에 가깝게 회전해 주변의 우주 공간 자체를 움직이고 있는 것으로 나타났다. 국제 천문학 연구팀은 태양에서 1만3047광년 거리에 있는 쌍성계 ‘4U 1630-47’ 안에 있는 블랙홀이 방출한 X선을 분석해 이런 특징을 알아냈다고 ‘천체물리학저널’(ApJ) 최신호(2일자)에 발표했다. 인도 천문학자들이 주도한 이번 연구는 인도우주연구기구(ISRO) 관측위성 ‘애스트로사트’의 소프트X선망원경(SXT)과 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 우주망원경에 포착된 고에너지 X선 파장을 분석해 블랙홀의 특성을 확인할 수 있었다. 연구팀은 2016년부터 시작한 관측 연구를 통해 해당 블랙홀이 주변에 있는 모든 우주 공간을 빨아들일 정도로 충분히 빠르게 회전하고 있다는 것을 알아냈다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면, 블랙홀이 이렇게 빨리 회전하면 공간 자체를 회전할 수 있다. 분석에서 블랙홀의 회전 속도는 무려 빛의 속도인 초속 2억 9979만 2458m의 90% 수준이나 되는 것으로 나타났다. 덕분에 블랙홀은 주변에 있는 가스와 먼지 등의 파편을 더욱 많이 흡수할 수 있어 그 중량은 우리 태양보다 10배는 더 큰 것으로 확인됐다. 연구에 참여한 인도 타타기초연구소(TIFR)의 수딥 바타차리야 박사는 현지 언론에 “천체의 질량과 회전율은 블랙홀의 형성을 특징짓는 두 가지 특성”이라고 설명하면서 “블랙홀이 생성될 때는 중력이 작용하므로 질량은 더욱 쉽게 측정할 수 있다”고 말했다. 또한 연구를 이끈 영국 사우샘프턴대학의 마유크 파하리 박사는 “블랙홀은 특히 회전율을 측정하기가 매우 어려우므로, 정확한 상태의 쌍성계에서 고품질의 X선을 관측해야만 블랙홀이 물질을 흡수하는 것을 알 수 있다”고 설명했다. 한편 이 블랙홀은 지금까지 우리 은하에서 발견된 20개의 블랙홀 중에서 가장 빠르게 회전하는 5개의 블랙홀 중 하나로 알려졌다. 사진=블랙홀의 상상도(NASA/JPL) 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

심연의 우주 속에서 배트맨을 부르는 사인같은 재미있는 사진이 공개됐다. 최근 유럽우주국(ESA)은 미 항공우주국(NASA)과 공동으로 운영하는 허블우주망원경으로 촬영한 성운 사진을 공개했다. 두터운 구름과 먼지 속에 빛나는 별들의 모습이 인상적인 이 사진 제목은 '뱀자리 꼬리 속에 박쥐의 그림자'. 사진 속 지역은 지구에서 약 1300광년 떨어진 뱀자리 꼬리 부근에 위치한 뱀자리 성운이다. 가스와 먼지로 둘러쌓인 이 성운 안쪽에는 우리의 태양과 비슷한 어린 별들이 존재한다. 곧 이 가스 성운 안쪽에서는 우리가 모르는 또다른 태양계가 막 형성되고 있지만 두터운 가스와 먼지에 가려 그 내부를 쉽게 들여다보기는 어렵다. 그렇다면 박쥐의 그림자는 어디에 있을까? 사진 상단 부근을 보면 가운데 밝게 빛나는 별을 중심으로 마치 날개를 쭉 펼친 것 같은 그림자가 보인다. 물론 다소 억지스러운 해석이지만 흥미를 주는 것은 사실. 가운데 빛나는 별의 이름은 HBC 672로 여기에서 성운 사이로 새어나오는 빛에 의해 이같은 '그림자'가 만들어진 것으로 추정된다. 한가지 더 놀라운 사실은 HBC 672를 둘러싸고 있는 가스와 먼지의 디스크인 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)으로, 그 크기는 태양계 지름의 200배에 달한다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

머나먼 심연의 우주 속에 마치 지구를 바라보며 웃는 것 같은 은하가 포착됐다. 지난 2일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경이 촬영한 '스마일 은하'의 모습을 공개했다. 우리가 사는 은하계는 적어도 1000억개 이상의 별로 이루어진 거대한 별과 가스, 그리고 눈에 보이지 않는 암흑 물질의 집합체다. 태양은 이중 그저 하나의 별일 뿐이다. 마찬가지로 머나먼 우주에는 수많은 은하들이 모여 은하단을 형성하는데, 사진 속 주인공은 지구에서 약 40억 광년 떨어진 곳에 위치한 은하단 SDSS J0952+3434다. 이 사진에서 유독 눈길을 끄는 것은 마치 익살스러운 얼굴로 웃는듯한 표정의 은하로 사실 이는 빛이 만들어낸 '작품'이다. 웃는 얼굴의 두 눈은 사실 밝은 은하이며, 입은 강한 중력렌즈로 인해 생긴 빛의 고리이기 때문이다. 　 　 이같은 현상을 이해하기 위해서는 먼저 아인슈타인이 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. 이 과정에서 중력렌즈에 의해 확대된 은하는 사진에서처럼 고리 모양으로 보이기도 해 학계에서는 이를 '아인슈타인 고리'라 명명했으며 4개로 보이는 경우는 '아인슈타인 십자가'라 부른다. 사진=ESA/Hubble & NASA; Acknowledgment: Judy Schmidt (geckzilla)　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

“케플러는 우리가 밤하늘을 바라보는 방식을 바꿨습니다.”미국항공우주국(NASA)이 2009년 발사해 지난 9년간 2600개 이상의 외계행성을 찾아낸 ‘케플러’ 우주망원경이 공식 은퇴한다. 케플러보다 2년 앞서 발사된 인류 최초의 소행성 탐사선 ‘돈’도 연료가 고갈돼 같은 절차를 밟게 될 전망이다. 30일(현지시간) 로스앤젤레스타임스(LAT) 등 미 언론에 따르면 NASA의 천체물리학 부문 책임자인 폴 허츠는 워싱턴DC 본부에서 “케플러는 우주 탐사의 새 시대를 열었고, 인류를 새롭게 정의했다”면서 “연료가 바닥 난 상황이라 다음주 안에 송신기를 끄라는 명령을 전달할 예정”이라고 밝혔다. 일명 ‘행성 사냥꾼’이란 별칭이 붙은 케플러는 현재까지 발견된 외계행성의 70%가량인 2681개를 찾아냈다. 이를 통해 우리 은하의 모든 별이 적어도 한 개 이상의 행성을 갖고 있다는 점을 알게 됐다. 케플러가 발견한 행성 10여개는 생명체가 거주할 수 있는 이른바 ‘골디락스’ 영역에 위치한 지구 크기 암석형 행성이다. 이 중 ‘케플러-22b’는 지구보다 크지만 해왕성보다 작은 슈퍼지구급으로 생명체 존재 가능성이 높은 곳으로 꼽힌다. 소행성 탐사선 돈은 2007년 9월 델타Ⅱ 중형 로켓에 실려 발사된 뒤 2011년 7월 화성과 목성 사이의 소행성 벨트에서 질량이 가장 큰 소행성인 ‘베스타’에 도착했다. 이듬해 9월까지 1년여간 궤도를 돌다 왜행성 ‘세레스’로 옮겨 2015년부터 탐사해왔다. 최훈진 기자 choigiza@seoul.co.kr

“케플러는 우리가 밤하늘을 바라보는 방식을 바꿨습니다.” 미국항공우주국(NASA)이 2009년 발사해 지난 9년간 2600개 이상의 외계행성을 찾아낸 ‘케플러’ 우주망원경이 공식 은퇴한다. 케플러보다 2년 앞서 발사된 인류 최초의 소행성 탐사선 ‘돈’도 연료가 고갈돼 같은 절차를 밟게 될 전망이다. 30일(현지시간) 로스앤젤레스타임스(LAT) 등 미 언론에 따르면 NASA의 천체물리학 부문 책임자인 폴 허츠는 워싱턴DC 본부에서 “케플러는 우주 탐사의 새 시대를 열었고, 인류를 새롭게 정의했다”면서 “연료가 바닥 난 상황이라 다음주 안에 송신기를 끄라는 명령을 전달할 예정”이라고 밝혔다. 태양에서 약 1억 5000만㎞ 떨어진 궤도에서 지구를 따라 돌고 있는 케플러는 이제 어두운 우주 궤도를 떠돌며 영면에 들게 된다. 일명 ‘행성 사냥꾼’이란 별칭이 붙은 케플러는 현재까지 발견된 외계행성의 70%가량인 2681개를 찾아냈다. 이를 통해 우리 은하의 모든 별이 적어도 한 개 이상의 행성을 갖고 있다는 점을 알게 됐다. 케플러가 발견한 행성 10여개는 생명체가 거주할 수 있는 이른바 ‘골디락스’ 영역에 위치한 지구 크기 암석형 행성이다. 이 중 ‘케플러-22b’는 지구보다 크지만 해왕성보다 작은 슈퍼지구급으로 생명체 존재 가능성이 높은 곳으로 꼽힌다. 케플러의 뒤를 잇는 우주망원경 ‘테스’는 지난 4월 발사돼 가동 중이다. 소행성 탐사선 돈은 2007년 9월 델타Ⅱ 중형 로켓에 실려 발사된 뒤 2011년 7월 화성과 목성 사이의 소행성 벨트에서 질량이 가장 큰 소행성인 ‘베스타’에 도착했다. 이듬해 9월까지 1년여간 궤도를 돌다 왜행성 ‘세레스’로 옮겨 2015년부터 탐사해왔다. 최훈진 기자 choigiza@seoul.co.kr

핼러윈에 딱 맞는 우주 사진이 공개돼 화제다. 유럽우주국(ESA)은 25일(이하 현지시간) 오는 31일 핼러윈 데이를 맞이해 유령처럼 섬뜩하게 생긴 성운의 최신 이미지를 공개했다. 이른바 ‘카시오페이아자리의 유령’으로 알려진 이 성운은 지구에서 약 550광년 거리에 있는 카시오페이아자리에 있는 반사 성운 ‘IC 63’이다. ESA와 미국항공우주국(NASA)이 공동으로 운영하는 허블 우주망원경이 포착한 이 성운은 근처에 있는 별 덕분에 유령처럼 으스스하게 보인다. W자형의 카시오페이아자리 한가운데 있는 감마별은 우리 태양보다 질량이 19배 더 많고 밝기는 6만 5000배에 달한다. 또한 회전 속도는 태양보다 200배 이상 빠른 시속 160만 ㎞에 달하는 것으로 알려졌다. 흥미로운 점은 이 감마별이 발하는 자외선에 의해 성운에 있는 수소 전자가 에너지를 받아 빛을 반사하면서 유령처럼 기이한 형상이 나타나고 있다는 것이다. 사진=ESA 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　　

천문학자들이 독특한 사연을 지닌 쌍성계를 발견했다. 지구에서 큰개자리 방향으로 1만4000광년 떨어진 행성상 성운인 M3-1은 태양 같은 별이 죽고 남은 가스 성운으로 우주 공간으로 흩어지는 별의 잔해다. 하지만 호랑이가 죽어서 가죽을 남기듯 별 역시 그냥 사라지는 것이 아니라 중심부에 남은 물질이 뭉쳐 백색왜성 같은 새로운 천체를 만든다. 국제 천문학자 팀은 이 과정을 상세히 연구하기 위해 허블우주망원경을 이용해 M3-1을 관측했다. 그런데 관측 결과 성운 중심에 있는 별이 하나가 아니라 두 개라는 사실이 밝혀졌다. 하지만 이는 전혀 예상치 못했던 결과는 아니다. 행성상 성운 중심 쌍성계는 죽은 별이 남긴 백색왜성과 아직 살아있는 동반성으로 구성된 쌍성계로 의외로 드물지 않다. 우주에는 두 개의 별이 서로의 질량 중심을 공전하는 쌍성계가 흔하고 형제별 가운데 하나가 먼저 죽으면 이런 이종 쌍성계가 형성되기 때문이다. 연구팀이 놀란 진짜 이유는 이 두 별이 너무 가까이 있었기 때문이다. 연구의 리더인 스페인 카나리아 천문연구소 데이빗 존스에 의하면 두 별의 공전 주기는 3시간에 불과해 사실상 거의 붙어있는 수준이다. 물론 허블우주망원경을 포함해 어떤 망원경으로도 이렇게 붙어 있는 별을 분리해 관측하는 건 불가능하다. 대신 과학자들은 주기적인 밝기 변화를 확인해 공전 주기를 계산했다. 이번 발견은 역대 가장 짧은 공전 주기를 지닌 행성상 성운 중심 쌍성계로 기록됐다. 이 발견은 단지 공전 주기가 짧은 것 이상의 의미가 있다. 너무 가까운 거리 때문에 동반성의 표면 물질은 빠른 속도로 백색왜성으로 흡수된다. 백색왜성은 매우 압축된 천체이므로 표면 중력이 극단적으로 커서 흡수된 가스는 고온 고압 상태로 압축된다. 이렇게 백색왜성의 표면에 모인 수소 가스는 어느 순간 임계점을 넘으면 강렬한 핵융합 반응을 일으키면서 폭발한다. 어두운 별이 갑자기 밝기가 100만 배 커지는 신성(nova)이 되는 것이다. 밤하늘에 갑자기 새로운 별이 보이는 신성은 오래전부터 인류의 관심을 끌었다. 과학자들은 그 정체가 사실 격렬한 핵융합 반응이라는 것을 밝혀냈지만, 아직도 풀리지 않는 미스터리가 남아 있다. M3-1은 머지않아 신성이 될 후보로 백색왜성의 진화와 신성 폭발을 연구할 좋은 기회가 될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

일반적으로 큰 동물보다 작은 동물의 숫자가 많은 것처럼 별 역시 질량이 큰 별은 숫자가 적고 가벼운 별일수록 숫자가 많다. 밤하늘에는 수많은 별이 빛나지만, 사실 우리 은하에서 가장 흔한 형태의 별은 고성능 망원경의 도움 없이는 볼 수 없는 적색 왜성이다. 적색 왜성은 태양 질량의 8-40% 정도밖에 되지 않는 작은 별로 우리 은하에 있는 별의 3/4 정도를 차지한다. 별의 밝기는 크기에 따라 기하급수적으로 커지므로 적색 왜성은 매우 어둡다. 하지만 적색 왜성도 행성과는 비교할 수 없을 만큼 큰 질량을 지니고 있으며 지구는 물론 목성보다 큰 행성을 여럿 거느리고 있다. 어두운 별이지만, 가까운 공전 궤도에서는 액체 상태의 물이 존재할 수 있어 일부 적색 왜성 주위 행성은 생명체 존재 가능성이 제기되고 있다. 그런데 과학자들은 적색 왜성에 가까운 지구형 행성에서 생명체가 살 수 있는지에 대해 갑론을박을 벌이고 있다. 우주에 가장 흔한 형태의 별이기 때문에 그만큼 생명체 탄생 기회도 높을 수 있지만, 태양계와 다른 환경에서도 지구처럼 안정적인 환경이 갖춰질 수 있는지 논란이 있는 것이다. 대표적인 문제는 적색 왜성에 가까운 거리에서 강력한 방사선과 별 표면 폭발 현상인 플레어(flare)에 노출된다는 것이다. 미국 애리조나 주립대 연구팀은 허블우주망원경을 이용해 태어난 지 4000만 년 이내의 젊은 적색 왜성 12개를 관측했다. 적색 왜성은 작은 크기에도 플레어 현상이 활발한데, 특히 어린 별이 더 활발한 것으로 알려졌다. 이번 연구에서는 태어난 지 얼마 되지 않은 적색 왜성의 플레어 활동이 나이든 별의 100-1,000배 정도 활발하다는 사실이 밝혀졌다. 특히 자외선 영역에서 강력한 에너지 방출이 일어나 적색 왜성에 가까운 행성은 자외선 살균 소독기 안에 있는 것과 마찬가지다. 더 중요한 문제는 강력한 방사선과 고에너지 입자의 폭풍으로 대기가 벗겨진다는 점이다.(개념도) 따라서 액체 상태의 물이 있을 만큼 적색 왜성에 가까이 있는 행성은 대기가 보존될 수 없는 역설적 상황에 놓이게 된다. 외계인이 살고 있을 가능성도 그만큼 낮아지는 셈이다. 하지만 이 연구 결과만으로는 적색 왜성 주변 행성에 생명체가 없다고 결론 내리기 이르다. 적색 왜성은 어두운 대신 수명이 매우 길어 100억 년 이상인 것도 있으며 이 시간 동안 얼마든지 대기가 다시 형성될 수 있기 때문이다. 연구팀은 이보다 좀 더 나이가 많은 적색 왜성을 조사해 대기가 보존되거나 다시 형성될 수 있는지를 검증할 예정이다. 물론 지구와 비슷한 환경에서만 생명체가 탄생한다는 것은 우리의 무지이거나 오만일 수도 있다. 적색 왜성 주변 행성계에는 우리가 상상도 못 할 독특한 생명체가 진화했을지도 모르고 이들 가운데 일부는 고도의 문명을 이룩해 지구 같은 행성에서도 생명체가 탄생했을지 궁금해하는 외계 과학자가 있을지도 모른다. 확실한 답을 알기 위해서는 과학자들은 계속 우주를 관측할 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

우주에 엄청나게 큰 고양이라도 사는 것일까. 고양이가 남긴 발자국을 닮아 ‘고양이 발 성운’(Cat’s Paw Nebula)으로 유명한 성운의 최신 이미지가 공개돼 눈길을 끈다. 미국항공우주국(NASA)은 24일(현지시간) 스피처 우주망원경의 최신 임무 중에 포착된 데이터로 만든 확산 성운 NGC 6334의 이미지를 공개했다. ‘곰 발톱 성운’(Bear Claw Nebula)으로도 불리는 이 성운은 지구에서 약 4200~5500광년 떨어진 거리에 있다. NASA는 스피처 망원경에 탑재돼 있는 세 장비 중 ‘적외선어레이카메라’(IRAC·Infrared Array Camera)와 ‘다밴드영상광도계’(MIPS·Multiband Imaging Photometer)에 감지된 두 데이터를 사용해 녹색의 가스 구름에 둘러쌓인 밝은 적색의 거품이 인상적인 첫 번째 이미지를 만들었다. 사실 고양이 발 성운은 새로 태어난 수많은 아기 별을 품고 있는 거대한 가스다. 주성분인 수소 가스가 모여 우리 태양보다 10배 정도 큰 매우 밝은 별들이 탄생했고, 이런 별에서 나오는 강력한 에너지가 사진처럼 밝게 빛나는 것이다. 특히 적색의 거품은 성운 속의 별들이 압력이 가해진 주변 가스를 가열함으로써 우주 공간으로 팽창해 만들어진 것이며, 녹색의 가스 구름은 별들에서 나오는 방사선이 가스 속에 있는 커다란 분자(다환방향족 탄화수소·PAH)들과 충돌해 나타난 것이라고 NASA는 설명하고 있다. 어떤 경우에는 이런 적색 거품이 결국 ‘폭발’을 일으키는 데 이는 NASA가 공개한 두 번째 이미지에서 U자 모양으로 드러난다. 해당 이미지는 스피처 망원경의 IRAC 데이터만을 사용해 만들었다. NASA에 따르면, 스피처 망원경은 적외선을 감지하는 데 적외선은 우리 눈에 보이는 가시광선보다 가스와 먼지로 된 두꺼운 구름을 더욱 잘 통과할 수 있어 천문학자들의 연구에 큰 도움이 된다. 하지만 적외선 역시 가스와 우주 먼지가 너무 밀집해 있으면 제대로 통과할 수 없다. 성운 사이에 수평으로 흐르는 검은색 가닥(필라멘트)들이 바로 그런 부분이다. 이렇게 가스와 우주 먼지가 밀집된 영역은 조만간 또 다른 세대의 별들이 태어나는 장소가 될 것이다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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

태양계 끝자락에 제9 행성(Planet Nine)은 과연 존재할까? 존재한다면 언제 발견될 수 있을까? 제9 행성에 대한 관심이 식을 줄 모르고 계속되고 있다. 이에 대한 증거가 태양계 먼 변두리에서 계속 발견되고 있는 추세다. 특히 ‘고블린'(The Goblin·마귀)으로 알려진 왜행성 2015 TG387의 최근 발견이 주목을 끌고 있다. 이 왜행성은 극단적으로 길쭉한 타원 궤도를 가지고 있는데, 이는 태양계 깊숙한 변두리에 있는 상당한 질량의 천체로부터 받는 중력 때문이라고 연구자들은 보고 있다. "제9 행성은 우리가 관찰한 모든 것들에 대해 설명할 수 있는 유일한 답안으로 보인다”고 미국 캘리포니아공대(칼텍)의 이론 천체 물리학자 콘스탄틴 배티진이 말했다. 그는 2014년부터 시작된 제9 행성 사냥의 주역이다. 그해에 천문학자인 차드 트루히요와 스콧 셰퍼드는 해왕성 궤도를 훨씬 너머 큰 질량의 왜행성이 있을 것으로 예측했다. 이 천체의 존재가 왜행성 세드나와 2012 VP113의 궤도에서 보이는 특이한 현상을 비롯해 몇몇 다른 천체들의 움직임을 설명할 수 있을 것이라고 제안했다. 2016년 1월, 배티진과 칼텍의 동료 연구원 마이크 브라운은 이 가상 세계, 곧 제9 행성에 대한 더 많은 증거를 제시했다. 그들은 또한 제9 행성이 지구보다 10배나 더 크며, 평균 600천문단위(AU) 거리의 궤도를 도는 것으로 예측했다.(1AU는 지구 - 태양 거리. 약 1억5000만km) 괴상한 궤도를 가진 제9 행성에 대한 추적은 꾸준히 계속되었다. 이 미지의 행성이 행사하는 중력에 영향을 받는 천체를 14개까지 천문학자들이 찾아냈다고 밝히는 배티진은 “제9 행성의 존재에 대한 증거는 정말 확실하다”고 덧붙였다. 워싱턴 DC의 카네기 연구소 소속 셰퍼드는 제9 행성이 존재할 확률을 “90 퍼센트 이상”이라고 쐐기를 박았다. 그는 스페이스닷컴과의 인터뷰에서 “우리는 그 가능성이 그보다 높으면 높았지 낮지는 않을 거라고 본다”라고 말하면서 “내 개인적으로는 80% ~ 90% 수준”이라고 밝혔다. 그렇다면 제9 행성(행성X)은 대체 어디에 숨어 있는 걸까? 배티진과 셰퍼드 팀은 지난 몇 년 동안 제9 행성의 소재를 체계적으로 수배해왔다. 두 팀은 하와이 마우나 케어 산꼭대기에 있는 일본의 스바루 망원경(구경 8m)를 사용해서 제9 행성을 추적했다. 물론 제9 행성의 탐색에 참여한 팀은 이들뿐 아니라 세계의 다른 연구 그룹들도 뛰어들었다. 그러나 아직까지 그 소재가 밝혀지지 않은 것에 대해 셰퍼드는 그다지 놀라운 사실은 아니라는 입장을 내놓았다. 셰퍼드는 “우리는 제9 행성이 비록 해왕성만큼 크다 할지라도 수백 AU 공간의 저쪽에 있다면 대구경의 망원경으로도 보기 힘들 만큼 희미할 것”이라고 설명하면서 “지금까지 어떤 연구팀도 그만큼 깊은 공간으로 들어간 적이 없다. 드넓은 태양계 변두리에는 아무리 큰 천체일지라도 숨어 있을 공간이 얼마든지 있다”고 덧붙였다. 사실 지금까지 제9 행성이 있을 가능성이 가장 높은 지역인 ‘프리미엄 스카이’의 20~25% 만 검색 대상으로 삼았다. 천문학자들은 천체의 질량, 밝기 또는 정확한 궤도를 알지 못하기 때문에 제9 행성의 발견 시점을 예측하기는 어렵다고 말한다. 배티진은 스바루가 과연 제9 행성을 잡아낼 수 있을 것인지에 대해 회의적이다. 비록 스바루가 높은 해상력과 넓은 시야를 가진 망원경이지만, 그래도 허블 우주망원경에 비해 해상력은 떨어진다. 그렇다고 시야가 극히 좁은 허블을 제9 행성 사냥에 동원하는 것은 아주 비효율적인 일이다. 그걸로는 드넓은 태양계 외부를 모두 뒤질 수가 없기 때문이다. 스바루로 불가능하다 하더라도 제9 행성 사냥꾼들에게는 하나의 희망이 남아 있다. 2020년대 초 칠레 안데스에 들어설 차세대 천체 망원경 LSST(Large Synoptic Survey Telescope, 대형 시놉틱 관측 망원경) 같은 강력한 장비의 도움을 받을 것수 있기 때문이다. “우리가 앞으로 5년 내에 그것을 찾지 못한다면, LSST가 제9 행성을 찾아내줄 것”이라고 배티진은 기대하고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

금(金) 같이 세상에서 가장 희소한 원소를 생성하는 거대한 폭발 현상이 우주 전역에서 정기적으로 일어날 수 있음을 시사하는 연구 결과를 미국항공우주국(NASA)이 16일(현지시간) 발표했다. 이른바 ‘킬로노바’(Kilonova·메크로노바 또는 R-과정 초신성이라고도 한다)로 알려진 이 현상은 두 개의 중성자별이 충돌하면서 고에너지의 입자로 이뤄진 강력한 제트를 우주 공간으로 방출할 때 발생하는 빛을 말한다. 이때 금은 물론 백금, 우라늄과 같이 무거운 원소가 대량으로 생성된다. 지난해 10월 16일 킬로노바가 처음 발견됐을 때 각국의 천문학자와 물리학자로 이뤄진 한 연구팀은 ‘두 중성자별의 병합’으로 추정되는 광원에서 빛과 중력파를 처음으로 동시 검출한 사실을 발표했다. 이 폭발은 우주의 구조를 뒤흔들어 시공간을 왜곡했고, 이는 천체물리학계의 새로운 장을 연 것으로 여겨졌다. 이후 천문학자들은 이 역사적인 사건과 직접적인 관계가 있는 현상을 새롭게 확인했으며 이런 현상이 지금까지 생각보다 훨씬 더 흔할 수 있다고 주장한다. 이번 연구를 주도한 NASA의 엘레노라 트로자 연구원은 “이는 하나밖에 감지되지 않았던 현상이 두 개가 된 큰 진전”이라고 말했다. 새롭게 확인된 폭발은 지난 2015년 NASA의 닐 게릴스 스위프트 천문대에 의해 위치가 확인됐던 ‘감마선 폭발(GRB) 150101B’다. NASA 찬드라 X선망원경과 허블우주망원경(HST), 그리고 디스커버리채널망원경(DCT)의 후속 관측에 따라 GRB150101B는 지난해 레이저간섭계중력파관측소(LIGO)에 의해 발견됐으며 여러 집광 망원경에 의해 관측됐던 중성자별의 병합인 ‘중력파(GW) 170817’과 주목할 만큼 비슷한 점을 공유하는 것으로 나타났다. 이번 연구는 이처럼 서로 다른 두 천체가 실제로 직접적인 연관성이 있을 수 있음을 보여준다. 트로자 연구원은 “이번 발견은 GW170817과 GRB150101B 같은 사건이 완전히 새로운 종류의 폭발 현상을 나타내는 것일 수 있으며 이런 현상은 실제로 비교적 흔할 수 있다는 것을 보여준다”고 말했다. 연구에 참여한 NASA의 제프리 라이언 연구원은 “두 천체는 똑같아 보이고 똑같이 행동하며 비슷한 이웃 출신이므로 가장 간단하게 설명하면 이들은 같은 종류의 천체에서 나왔다는 것”이라고 말했다. GRB150101B와 GW170817이라는 두 가지 사례 모두 폭발은 비축(off-axis)으로, 즉 제트가 직접 지구를 향하지 않은 상태에서 확인됐을 가능성이 있다. 지금까지 천문학자들이 확인한 이런 사건은 두 번의 ‘비축 단기지속 감마선폭발’(off-axis short GRB)이다. GRB150101B의 광학적 방출은 스펙트럼상에서 대부분이 파란색 부분이며 이 사건은 GW170817에서 관측됐듯이 또다른 킬로노바의 중요한 단서를 제공한다. 트로자 연구원은 “모든 새로운 관측은 우리가 스펙트럼상의 고유 흔적이 있는 킬로노바를 확인하는 방법을 더 많이 배울 수 있도록 해준다”면서 “예를 들면 은은 파란색을 내지만 금과 백금은 빨간색을 내는 것”이라고 설명했다. 또 “우리는 중력파 관측 자료 없이도 이 같은 킬로노바를 확인할 수 있었으므로, 미래에는 감마선폭발을 직접 관측하지 않고도 이 작업을 수행할 수 있을 것”이라고 말했다. GRB150101B와 GW170817 사이에는 여러 공통점이 있지만, 매우 중요한 두 가지 차이점이 있다. 하나는 위치인데 GW170817은 지구에서 약 1억3000만 광년 거리에 있지만, GRB150101B는 약 17억 광년이나 떨어져 있다. 두 번째 중요한 차이점은 GW170817와 달리 GRB150101B에서는 중력파 자료가 존재하지 않는다는 것이다. 이런 정보가 없으면 연구팀은 병합된 두 천체의 질량을 계산할 수 없다. 따라서 GRB150101B는 두 중성자별이 아니라 블랙홀과 중성자별의 병합에서 비롯됐을 수 있다. 또다른 연구 참여자인 NASA의 알렉산더 쿠이트레프 연구원은 “물론 GW170817과 같은 또다른 사건이 중력파 자료와 전자파 영상을 모두 제공하는 것은 시간문제일 것”이라고 말했다. 이어 “다음에 이런 관측을 한다면 그것은 중성자별과 블랙홀의 병합일 것”이라면서 “이번 연구는 이런 사건을 훨씬 일찍 볼 수 있다는 새로운 희망을 준다”고 말했다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 최신호(16일자)에 실렸다. 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　　

지구가 달을 위성으로 거느리고 있듯 태양계의 다른 행성들도 많은 달을 가지고 있다. 그렇다면 태양계 밖, 곧 외계행성들도 달을 가지고 있다는 점은 상식적이지만 지금까지 과학적으로 이를 입증하지는 못했다. 4일(현지시간) 미국 CNN, 영국 BBC 등 해외 주요언론은 태양계 밖에서 처음으로 ‘엑소문’(Exomoon·외계행성 주위를 도는 외계위성)일 가능성이 높은 천체를 발견했다는 연구결과를 보도했다. 일반적으로 행성은 스스로 빛을 내지 않기 때문에 외계행성을 발견하기란 어렵다. 전문가들은 흔히 외계행성 관측을 등대 옆에서 반딧불 찾기로 비유하지만 이보다 훨씬 작은 엑소문은 그 반딧불 옆에 있는 먼지 찾기와 다를 바 없다. 이번에 미국 콜롬비아 대학 연구팀은 미 항공우주국(NASA)의 케플러우주망원경과 허블우주망원경의 데이터를 바탕으로 엑소문일 가능성이 높은 천체를 찾아냈다. 아직은 엑소문 후보인 이 천체는 지구에서 약 8000광년 떨어진 목성만한 크기의 가스행성인 Kepler 1625b의 주위를 약 300만㎞ 거리를 두고 돈다. 흥미로운 점은 엑소문의 크기로 지름이 4만9000㎞로 해왕성 만하다. 태양계 내에서 가장 큰 위성이자 ‘건방지게’ 행성인 수성보다 큰 목성의 달 가니메데(5262㎞)와도 비교조차 안될 정도. 더욱 놀라운 점은 이 엑소문이 가스위성일 가능성으로, 이 가설이 사실이라면 태양계에는 없는 거대 가스 위성이 외계에 존재하는 셈이다. 연구를 이끈 콜롬비아 대학 천문학과 데이비드 키핑 교수는 "우리 태양계의 달은 모두 암석형이거나 얼음형 천체"라면서 "만약 이번 연구결과가 사실로 증명된다면 거대한 가스행성이 거대한 가스위성을 가지고 있는 셈"이라고 설명했다. 이어 "이같은 결과는 외계의 위성 생성 과정은 태양계와 다를 수 있다는 점을 시사한다"고 덧붙였다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 3일 자에 발표됐다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

새로운 세상을 찾아나선 차세대 ‘행성 사냥꾼’의 첫번째 '작품'이 일반에 공개했다. 지난 18일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 우주망원경 ‘테스’(TESS·Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 촬영한 첫번째 과학 이미지를 홈페이지에 공개했다. 심연의 우주 속에 수많은 천체들로 가득한 이 사진은 지난달 7일 TESS의 카메라가 30분 간 남반구 하늘을 촬영해 얻은 결과물이다. 사진 왼편 십자 모양으로 밝게 빛나는 천체는 황새치자리 R(R Doradus)로 불리는 별로 적색 초거성으로 분류된다. 사진 오른편 수많은 별들이 가득차 빛나는 지역은 대마젤란은하(Large Magellanic Cloud)다. 안드로메다 은하보다는 낯설지만 사실 우리 은하와 가장 가까운 이웃인 마젤란 은하는 대마젤란은하와 소마젤란은하로 구성돼 있는 불규칙 은하(일정한 모양을 갖추지 않은 은하)다. NASA 천체물리학 부서 책임자인 폴 허츠 박사는 "수많은 별들로 가득한 '우주의 바다'에서 TESS는 더 넓은 그물을 던져 유망한 행성들을 찾아낼 것"이라면서 "이번에 공개된 첫번째 과학 이미지는 TESS 카메라의 능력과 또 다른 지구를 찾을 수 있다는 가능성을 보여준다"고 설명했다. 한편 지난 4월 발사된 TESS는 지구 고궤도에 올라 13.7일에 한 바퀴 씩 지구를 돌면서 300~500광년 떨어진 별들을 집중 조사하게 된다. 특히 TESS에 '차세대'라는 명칭이 붙은 이유는 지금까지 임무를 수행해 온 케플러 우주망원경의 후임이기 때문이다. 케플러보다 관측범위가 400배는 더 넓은 TESS는 20만 개의 별이 조사 범위다. 케플러와 TESS가 이렇게 많은 별들 속 외계행성을 찾을 수 있는 이유는 식현상(transit)을 이용하기 때문이다. 천문학자들은 행성이 별 앞으로 지날 때 별의 밝기가 약간 감소하는 것을 포착해서 행성의 존재 유무를 확인한다. 이후 학자들은 추가 관측을 통해 외계 행성의 존재를 최종 판단하는데 향후 이 임무는 2021년 이후로 발사가 연기된 ‘제임스 웹 우주망원경’(JWST·James Webb Space Telescope)이 맡는다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

-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　

우주를 이루는 별돌, 은하 우주라는 구조체를 구성하는 기본적인 벽돌은 무엇일까? 얼핏 별이라고 생각하기 쉽지만, 천문학자들은 은하를 우주의 기본 단위라고 간주한다. 왜냐면, 은하들의 모임이 이 대우주의 다양한 구조들을 만들어내고 있기 때문이다. 그러한 은하들이 이 우주에는 얼마나 많은 있는 걸까? 결론부터 말하자면, 은하의 수를 정확하게 안다는 것은 불가능하다. 지금까지 밝혀진 것에 따르면 은하의 수는 수천억 개에 이르는 것으로 알려져 있다. 우리가 사는 미리내 은하도 그 중 하나일 뿐이다. 서양에서는 이것을 밀키 웨이(Milky Way)라 부르며. 대문자 'Galaxy'로 쓴다 소문자 galaxy는 보통명사로 은하를 뜻한다. 그렇다면 최대한 정확한 숫자를 알 방법은 없을까? 지구 행성에 사는 우리 입장에서 볼 때 그게 그리 간단한 문제가 아니다. 첫째, 아무리 큰 구경의 대형 망원경을 갖다대더라도 대기의 일렁임으로 분해능에 한계가 있게 마련이다. 더 근본적인 문제는 138억 년 전에 출발한 우주가 빛보다 빠른 속도로 팽창함으로써 우주 저편의 빛은 아직까지 우리에게 도착하지도 못하고 있다는 점이다. 그러니 우리의 시야는 빛의 장벽으로 막혀 있다는 뜻이다. 이 장벽을 사건 지평선이라 한다. 우주에는 빛보다 빠른 것이 없다. 빛이 아직까지 우리에게 도착하지 않았으니 그 너머에 은하가 얼마나 있는지는 알 방도가 없는 셈이다. 지금까지 가장 먼 심우주를 관측한 기록은 허블우주망원경이 갖고 있다. 1995년 천문학자들은 큰곰자리의 어두운 영역으로 보이는 망원경을 고정시켜 10일 간의 관측 자료를 수집했다. 그 결과 한 프레임에 약 3,000개의 희미한 은하가 있었으며, 밝기는 30등성 정도로 희미했다(참고로 북극성은 약 2등급이다). 이 이미지 합성물은 '허블 딥 필드'(Hubble Deep Field)라고 불렸고, 그 당시에는 우주에서 가장 멀리 떨어져 있는 은하들이었다.​ 그 다음, 2003년 9월부터 2004년 1월 사이 허블망원경은 밤하늘에서 가장 어두운 부분, 곧 화학로자리(fornax)의 매우 좁은 영역에다 렌즈 초점을 맞추었다. 이 영역에는 심우주를 들여다보는 데 걸리적거리는 밝은 천체들이 거의 없어서 심우주의 창이라 할 수 있는 구역으로, 넓이는 36.7평방분각(1분은 1도의 60분의 1)이다. 이는 대략 보름달 면적의 10분의 1보다 작으며, 하늘 전체 면적 중 1천 3백만 분의 1에 불과하다. 이 사진 내에는 약 1만 개에 이르는 은하들이 찍혔다 허블 울트라 딥 필드(HUDF)로 불리는 범위에 130억 년 이상 된 우주의 모습을 관측해 초기의 은하를 알아보기 위한 것이지만, 곁들여 온 우주의 은하 수를 추정해볼 수 있는 실마리를 제공하는 것이기도 하다. 이 영역은 온하늘의 1천 3백만 분의 1의 구역에 이토록 많은 은하가 존재한다면 우주의 은하 개수는 대략적으로 추산할 수 있다. 울트라 딥 필드 속의 은하들 빅뱅 직후 10억년 정도 은하까지를 관측하는 허블 울트라 딥 필드는 우주 초기 은하의 모습을 관측하여 초기에 은하가 어떻게 형성되고 발전했는지를 알 수 있다. 과학자들은 이런 초기 은하들이 지금의 은하들보다 훨씬 불규칙하고 자주 합체를 일으켰으며 보다 활발한 항성 생성이 이루어졌다고 알고 있다. 울트라 딥 필드 사진은 초기 우주에 대해 예상한대로, 현재에 비해 은하가 활발히 생성되거나 은하끼리 합치는 모습이 포착되어 있다. 말하자면 130억 년 전 우주의 모습이라 할 수 있다. ​허블 울트라 딥 필드 관측 이후 마지막 허블 우주 망원경 업그레이드였던 2009년 미션에서 광시야 카메라(Wide Field Camera:WFC) 3을 탑재한 이후 이전의 관측 결과와 합쳐 더 세밀한 허블 익스트림 딥 필드(XDF) 영상을 얻게 되었다. 이를 통해 가장 먼 거리에 있는 은하들의 존재가 밝혀졌는데, 이 은하들은 빅뱅 직후 5억 년이라는 아주 초기의 은하들로, 현재 관측 기술의 경계에 있는 천체라 할 수 있다. 팔을 쭉 뻗치면 엄지 손가락으로 달을 완전히 가릴 수 있다. 그런데, XDF 영역은 핀의 머리로 가릴 수 있는 좁은 영역이다. 망원경 초점을 이 영역에다 고정시켜 오랜 시간 빛을 모아 얻은 XDF 이미지에는 수천 개의 은하들이 담겨 있다. 이 좁은 시야에서도 천문학자들은 약 5,500 개의 은하를 탐지할 수있었다. 이 이미지는 익스트림 울트라 딥 필드라고 불린다. 물론 학자들마다 다양한 견해들이 있지만, 미국 메릴랜드 주 볼티모어에 있는 우주망원경 과학연구소의 천체 물리학자 마리오 리비오의 추산에 따르면, 전체적으로 허블은 우주에서 약 1,000억 개의 은하계를 밝혀내고 있으며, 우주 망원경 기술이 향상됨에 따라 이 숫자는 약 2,000억까지 증가할 것으로 예측하고 있다. 차세대 망원경 제임스 웹이 2021년에 우주로 올라가면 초기 은하에 관한 더 많은 정보와 함께 보다 정확한 은하의 수가 밝혀질 것으로 예상된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com