우주의 주민은 은하
이 우주라는 동네의 주민은 은하다. 현재까지 알려진 주민의 수는 약 2천만이다. 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 1천만 개 이하의 항성으로 이루어져 있기도 하지만, 큰 것들은 100조 개의 항성들을 거느리기도 한다.
우리 태양계가 있는 우리은하에는 약 3천억 개의 별들이 옹기종기 모여 살고 있다. 태양은 그중 가장 평범한 별의 하나일 뿐이다.
별들은 모두 은하의 질량중심 주위를 공전하고 있다. 태양도 지구를 비롯한 태양계 천체들을 모두 거느리고 은하 주위를 공전한다. 그 속도는 무려 초속 200km이며, 은하를 한 바퀴 도는 데 약 2억 5천만 년이 걸린다. 우리은하도 이처럼 어마무시하게 큰 것이다.
각기 다른 아름다움을 뽐내는 은하들
우주에 영원한 것은 없어 2천만에 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 거대한 구조를 형성한다.
그리고 은하 안에는 우리가 아직 정확히 그 본질을 이해하지 못하고 있는 암흑물질이 은하 질량의 약 90%를 차지하고 있으며, 대부분 은하들의 중심에는 초대질량의 블랙홀이 존재한다고 여겨진다. 우리은하 중심에도 태양 질량의 약 370만 배의 거대 블랙홀이 있는 것으로 밝혀졌다.
칠흑의 밤하늘에서 이들 은하를 망원경으로 잡아보면 마치 우주의 꽃처럼 아름답게 보여 사람의 마음을 빼앗는다. 이처럼 수많은 은하들은 각기 아름다운 형태와 빛으로 우주를 수놓고 있지만, 그중에서도 출중한 미모를 자랑하는 은하 5개를 선발한다면 대가 다음의 은하들이 뽑힌다.
5. 안드로메다 은하
M31로도 불리는 안드로메다 은하는 나선은하로 우리은하와 닮았을 뿐만 아니라 가장 가까운 이웃 은하이기도 하다. 하지만 가깝다고 해도 250만 광년 거리다.
안드로메다 자리에 있어 그 같은 이름을 얻은 이 은하는 1920년대까지만 해도 우리은하 안의 성운 덩어리인 줄 알았다. 이것이 은하인 것을 증명해낸 사람은 우주팽창을 발견해 20세기 최고의 천문학 영웅으로 떠오른 미국의 에드윈 허블이었다.
안드로메다 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.
작은 망원경으로 보면 이 은하 위쪽으로 밝은 천체가 하나 보이는데, M110이라는 이름의 작은 타원은하로, 안드로메다 은하 주위를 도는 위성은하다.
안드로메다 은하에서 기억해야 할 가장 중요한 사항은 약 37억 년 후 우리은하와 충돌할 거라는 사실이다. 지금도 이 은하는 초당 약 110km의 속도로 우리은하에 가까워지고 있다.
충돌하면 어떻게 될까? 별들 사이의 공간이 하도 넓어 별끼리 부딪치는 일은 없겠지만, 그 영향으로 우리 태양계가 은하 바깥으로 튕겨져나갈 가능성도 있다고 한다. 그리고 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. 먼지층이 두터운 곳에는 성간물질이 많아서 새로운 별들이 태어날 잠재력을 가지고 있다.
특기할 점은 1990년대, 솜브레로 은하 안에 초대질량 블랙홀을 발견한 일이다. 연구진은 솜브레로 은하 중심의 질량이 태양의 10억 배에 달하는 블랙홀이 존재한다는 사실을 밝혀냈는데, 이 블랙홀은 우리은하에서 가까운 은하들의 블랙홀 중 가장 질량이 큰 축에 속한다.
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), M 51a
소용돌이 은하라는 별명으로 유명한 M 51a 은하는 사냥개자리에 있는 나선은하로, 소용돌이 모양의 팔(와상완)이 중심부에서 뻗어나온 은하이다.우리은하에서 2300백만 광년 떨어져 있다. 소용돌이 은하 전체는 중심부와 그 둘레를 회전하는 원판부로 이루어져 있다.
옆의 동반은하 M 51b는 왜소은하로, 중력이 강한 M51a에게 잡아 먹히고 있는 중이다. 두 은하가 함께 있는 모습이 마치 아버지와 아들 같다고 해서 부자은하라고 부르기도 한다.
소용돌이 은하는 1773년 샤를 메시아가 처음 발견했지만, 별이 없는 아주 어두운 성운으로 묘사했다. 이후 1845년 로스경이 처음으로 이 은하의 나선 팔 구조를 확인했다. 우아하고 굽이치는 팔 모양이 소용돌이 치는 것처럼 보인다고 하여 소용돌이 은하라고 부른다.
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) M 64
검은 눈 은하 M 64는 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.
M 64는 겉보기로는 보통의 나선은하와 크게 다르지 않으나, 독특한 요소를 지니고 있다. 보통의 은하는 시계방향으로 회전하는데, 이 은하의 검은 물질들 중 은하 중심에서 안쪽 3,000광년까지는 시계방향으로 회전하나, 3,000광년에서 바깥쪽 40,000광년까지는 시계 반대방향으로 회전하고 있다. 두 방향이 충돌하는 경계 지대는 젊은 별들이 태어나는 곳으로 보인다.
천문학자들은 10억 년 전 어떤 위성은하가 M 64에 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 70,000 광년 정도로, 비교적 우리은하와 비슷한 크기다.
이 은하가 고운 나선팔을 갖게 된 것은 이웃하는 M82 은하와 힘겨루기로 인한 것이다. 수천 억 개의 별을 가진 은하들 사이의 거대한 상호작용은 은하들의 모습을 다양하게 때로는 기묘하게 바꾸어놓기도 한다. 이 은하의 중심부는 우리은하보다 크다. 중심부의 블랙홀은 태양 7000만 배로 우리 은하계 중심블랙홀의 10배가 넘는다.