우리 은하와 외부 은하 생성과 분류

우리 은하와 외부 은하 생성과 분류

우리 은하와 외부 은하 생성과 분류

우리가 속해 있는 우리 은하를 살펴보겠습니다. 한여름 밤, 하늘을 올려다보면, 하늘을 가로질러 거대하게 뻗어있는 희미한 띠를 볼 수 있습니다. 이것을 우리가 은하수라고 부르는데, 순우리말로는 미리내라고 합니다. 이 은하수가 사실 우리 은하의 모습입니다. 1600년대 초 갈릴레이는 자신이 만든 망원경으로 은하수를 보고 나서는 이러한 은하수의 희미한 빛이 무수히 많은 희미한 별들에 의한 것이라는 사실을 처음으로 알게 되었습니다. 이 은하수를 파노라마 사진으로 살펴보면, 중심부에는 불룩한 구조가 나타나고, 양쪽으로 거대한 밝은 띠가 뻗어져 나갑니다. 마치 원반과 같은 모습입니다. 원반 가운데는 별들이 보이지 않는 검은 띠 모양을 확인할 수 있습니다. 이러한 은하수의 모습은 사실상, 우리 은하 내부에 들어 있는 우리가, 우리를 둘러싸고 있는 거대한 우리 은하의 구조를 보고 있기 때문에 나타나는 현상입니다. 유리로 벽을 이루고 있는 빌딩 안에 있는 우리를 상상해 봅시다. 우리는 빌딩 안쪽에서는 빌딩 자체의 전체 모습을 정확하게 알아볼 수는 없습니다. 단지, 빌딩 안에서 밖으로 보이는 빌딩의 구조만 알 수 있습니다. 그런데, 만약 우리가 건물 밖에 있다면 건물 전체의 모습을 정확하게 볼 수 있을 것입니다. 우리가 속해 있는 우리 은하를 우리가 만약 밖에서 본다면 중심부에 거대한 별들의 집단이 있고, 그 중심부로부터 큰 나선 형태의 팔이 나와 있는 구조를 볼 수 있을 것입니다. 물론 나선 팔도 수많은 별들로 이루어져 있습니다. 그리고 이러한 은하의 거대한 구조를 옆에서 본다면 마치 납작한 원반의 형태를 볼 수 있을 것입니다. 이러한 우리 은하의 구조에서 우리 태양과 지구는 은하의 중심으로부터 약 2만 6천 광년 떨어진 나선팔의 내부에 들어 있는 하나의 별입니다. 그 속에서 은하 전체를 투영해서 바라보는 것이 바로 밤하늘에서 은하수로 나타나는 것입니다. 그런데 태양과 지구는 은하의 중심에 대하여 약 2억 년을 주기로 한 바퀴 회전하고 있습니다. 태양의 나이를 45억 년으로 볼 때, 우리 지구와 태양은 우리 은하 안에서 생겨난 이후 지금까지 우리 은하를 약 23회 공전한 것으로 추정됩니다.

은하의 형성 문제

그렇다면, 우리 은하는 어떤 과정을 거쳐서, 만들어졌을까? 이 질문은 현재 천문학자들이 가장 활발하게 연구하고 있는 중요한 주제 중의 하나인데, 바로 우리 은하의 형성 문제입니다. 지금까지 연구된 결과를 요약해보면, 약 120억 년 전의 우주 초기에 수소와 헬륨 가스로 이루어진 수천-수만 개 정도의 작은 원시 은하 구름들이 상호 중력으로 충돌과 융합이 일어났습니다. 그 과정에서 어떤 원시 은하 구름은 밀도가 증가하고 그 내부에서 별과 성단들이 형성되었습니다. 별과 성단들을 포함한 소규모 기체 구름들이 지속적으로 뭉치면서 은하를 만들고, 외곽부에 별과 성단을 남기게 됩니다. 초기에 별을 만들지 못한 가스 구름은 원반으로 내려앉아 회전하는 거대한 원반과 나선 팔을 만들고, 그 이후 지속적으로 별들을 만들어 나가는 것입니다. 즉, 우리 은하는 다수의 작은 가스 구름체가 서로 충돌과 병합 과정을 통해서 만들어졌다는 것입니다.

외부 은하 발견과 허블의 분류

하나의 은하는 수천억 개의 별들로 이루어져 있고, 그 별들은 은하 안에서 생겨나고 죽어갑니다. 광활한 우주 공간에는 우리 은하와 크기가 유사한 이러한 은하들이 또 수천억 개가 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 수천억 개의 별들을 가지고 있는 은하가, 수천억 개 이상 우주 공간을 채우고 있다는 뜻입니다. 이 은하들을 우리가 외부 은하라고 부릅니다. 앞서 설명한 바와 같이, 외부 은하는 1920년대 허블이 처음으로 발견하였고, 그 이후, 다양한 천문 관측을 통해서, 이러한 외부 은하들이 광활한 우주 공간을 채우고 있고, 팽창하는 우주와 함께 서로 멀어지는 특성을 가지고 있다는 사실을, 이제 우리는 잘 이해하고 있습니다. 외부 은하의 발견과 우주의 팽창에 대한 연구에 매진하던 허블은 은하의 형태와 특성이 매우 다양하다는 사실을 추가로 알게 되었습니다. 어떤 은하는 둥글게 생긴 것도 있고, 어떤 은하는 나선 팔을 가지고 있는 것도 있었고, 또 어떤 은하는 특별한 어떤 구조를 보이지 않고 불규칙한 모양을 갖고 있기도 하였습니다. 그리고, 사진에 찍힌 은하들은 그 색깔들도 조금씩 달라서, 빨갛게 보이는 은하들도 있었고, 푸르게 보이는 은하들도 있었습니다. 좀 더 정밀한 분석을 통해서 살펴본 결과, 유사한 형태를 갖는 은하라고 하더라도 조금씩 미세한 형태의 차이가 있다는 사실을 확인할 수 있었습니다. 타원 형태로 생긴 은하들 중에는 찌그러진 정도가 약간씩 다른 것들이 있었습니다. 나선 형태의 팔을 갖는 은하들 중에는 나선팔의 발달 정도가 서로 조금씩 다른 모습을 보입니다. 뿐만 아니라, 어떤 나선 은하들은 중심부에 마치 막대 같은 구조를 하고 있기도 하였습니다. 허블은 이와 같이, 자신이 관측한 외부 은하들의 특성에 대한 연구 결과를 모두 담아 1936년에 성운의 왕국이라는 책에 수록하였습니다. 여기에는 외부은하들의 거리, 운동 속도, 공간 분포 특성뿐만 아니라, 관측되는 모양, 즉 형태를 종합적으로 조사해서 유사한 특징을 갖는 무리로 분류를 하였습니다. 허블의 외부은하에 대한 이러한 형태학적인 분류는 지금도 천문학 연구의 기본 자료로 활용되고 있습니다. 허블은 외부은하 분류의 첫 단계로, 규칙 은하와 불규칙 은하로 나누었습니다. 규칙 은하는 중심핵과 회전하는 대칭 구조를 가지고 있는 것이고, 불규칙 은하는 이와 같은 특성을 나타내지 않는 것들입니다. 그리고 규칙 은하는 두 종류로 나누어 타원 은하와 나선 은하로 분류하였습니다. 허블은 이러한 은하들의 형태학적인 특성을 하나의 도표로 표현하였는데, 이것이 소리굽쇠 표입니다. 타원은하는 소리굽쇠 표의 손잡이 부분에, 그리고 나선은하들은 정상 나선은하와 막대 나선은하로 구분되어서 양쪽으로 갈라진 두 개의 가지에 위치합니다.