우주귀퉁이 ‘창백한 푸른점’의 ‘먼지’가 쓴 은하탄생
시골에 가거나 산속에 들어가 밤하늘에 보이는 별들은 우리 은하 안에 있다. 특히 여름철 밤하늘을 뿌옇게 가로지르는 은하수는 우리 은하 중심 부분의 모습으로 별이 너무 많아서 마치 구름처럼 뿌옇게 보였다. 지금은 볼 수가 없다.
과학자들은 오랫동안 하늘을 보며 은하를 관측해왔다. 관측 결과 은하마다 구조와 생김새가 다르다는 것을 알아냈다. 우주의 은하는 타원형과 나선형, 불규칙 형 등 크게 세 가지가 있다. 타원형 은하는 성간물질이 많지 않아 새로운 별이 거의 태어나지 않는다. 그래서 주로 늙은 별들이 많고, 별도 많지 않다. 반면 나선형 은하는 별의 탄생이 활발하다. 불규칙 형 은하는 나선은하, 타원은하와 달리 일정한 모양을 갖추고 있지 않다.
우리가 사는 은하는 별의 탄생이 활발한 나선 은하이다. 소라 껍데기처럼 빙빙 비틀린 ‘나선’ 모습이다. 나선 은하는 나선팔의 종류와 휘감긴 형태에 따라 크게 세 가지로 분류한다. 첫째는 단 두 개의 뚜렷한 나선 팔이 휘감긴 그랜드 디자인(Grand design) 나선 은하가 있다. 나선 은하의 약 10%가 여기에 속한다. 둘째는 우리 은하처럼 여러 개의 나선팔로 휘감긴 다중 나선(Multi-arm) 은하가 있다. 나선 은하의 약 60%가 여기에 속한다. 셋째는 나선 팔이 구분되지 않고 양털, 솜털 구름처럼 가스 구름이 가득 채워진 종류가 있다. 이를 양털(Flocculent) 나선 은하라고 한다. 나선 은하 전체의 약 30%가 해당된다. 우리 은하는 중심에 뚜렷한 막대 구조가 있고, 휘감긴 네 개의 나선팔로 이루어진 막대 나선 은하로 추정된다. 원반 모양이 관측될 경우 나선은하로 분류하고, 그중에서도 은하의 중심부를 막대 모양 구조가 가로지르는 형태인 경우 막대나선은하이다.
막대 모양의 은하 구조가 형성되려면 특정 형태를 발달시킬 수 있을 정도의 질서가 은하에 존재해야 한다. 은하의 질서가 생기는 데만 수십억 년이 걸렸다고 추정한다. 빅뱅 이후 혼란으로 가득 찼던 초기 우주에서는 규칙적인 형태의 은하가 거의 없거나 존재하지 않는 것으로 생각한다. 우주 생성 초기에는 막대나선은하와 같은 규칙 형 은하가 있을 수 없다는 것이다. 우리 은하처럼 큰 회전 원반 은하가 출현하려면 빅뱅 이후 적어도 60억년은 지나야 가능하다. 즉 은하 형성모델은 은하가 잘 정돈된 원반 형태를 갖추려면 빅뱅 이후 60억년은 지나야 한다는 것이다. 은하가 주변의 작은 은하를 합병하고 뜨거운 가스 덩어리를 모아 덩치를 키우고 정돈되려면 이 정도 시간이 걸린다. 그러나 예외가 계속 나타나고 있다.
2020년 빅뱅 이후 15억밖에 지나지 않은 대형 회전 원반은하(DLA0817g)가 관측되었다. 이 은하는 당시까지 관측된 회전 원반 운하 중 가장 멀리 있는 천체였다. 주변 은하를 흡수해왔던 다른 초기 은하들과는 다른 질서 정연한 대형 회전 원반 은하이다. 이러한 은하의 존재는 은하가 커지는 다른 과정이 있을 수 있다는 것을 나타낸다. 아마도 은하들과 합병하는 대신 우주 가스를 지속적으로 끌어 모아 덩치를 키웠을 수도 있다.
2023년에는 빅뱅 이후 20억 년이 지난 초기 우주에서 우리 은하와 닮은 형태와 구조를 지닌 은하가 처음 발견됐다. 막대 모양이 존재하는 은하의 발견은 은하가 우리가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 빨리 질서를 잡았음을 시사한다. 은하 형성과 우주진화이론의 일부를 수정할 필요가 있음을 의미한다. 암흑 물질의 구성 비율도 재고해야 한다는 의견도 나온다. 막대나선은하 속 막대 모양이 형성되는 속도에 암흑 물질의 중력이 큰 영향을 미쳤을 것으로 본다. 입자끼리 서로 끌어당기는 중력만으론 은하가 만들어지기 어려워 눈에 보이지 않는 암흑 물질이 그 사이에서 중력을 발휘했을 것이다.
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06636-x
수십만 년 전 지구상에 신참내기 생명으로 인간이 탄생했다. ‘무한한’ 우주의 한 귀퉁이 ‘창백한 푸른 점’에 살고 있는 먼지 같은 존재가 인간이 존재하지 않았던 약 137억 년의 우주 역사를 추정했다는 사실 자체는 신비로운 일이다. 그 우주론은 미완이지만 점차 완공을 향하여 나아가고 있다. 살아서 볼 수 있을 가능성은 없겠지만 그 소식은 늘 반갑다.
