은하는 무엇일까?

은하는 중력에 의해 형성된 거대한 천체 집단으로 항성과 밀집성, 성간 물질, 암흑 물질 등이 결합한 것입니다. 은하를 뜻하는 '갤럭시(galaxy)'라는 용어는 은하수를 의미하는 그리스어 '갈락시아스'에서 유래했습니다. 은하는 작은 것은 1,000만 개 이하의 항성으로 구성되며, 큰 것은 100조 여 개의 항성을 가지는데 모두 은하의 질량 중심 주위를 공전하고 있습니다. 태양도 지구를 비롯해 태양계 천체들과 함께 다른 항성들과 같이 은하 주위를 공전합니다.
은하 안에는 수많은 항성계, 성단, 성간운들이 있으며, 그 사이의 공간은 가스, 먼지, 우주선으로 이루어진 성간 물질로 가득 차 있습니다. 암흑 물질이라 불리는 물질은 우리가 아직 그 본질을 정확히 이해하지 못하기 때문에 일반적으로 은하 질량의 약 90%를 차지하고 있다고 여겨진다고 합니다. 한편 많은 관측에 따르면 초대질량 블랙홀이 많은 은하들의 중심에 존재한다고 여겨진다고 합니다. 초대질량 블랙홀은 일부 은하들의 핵에서 발견되는 활동은하핵(은하의 중심부에 고도로 압축된 영역)의 주원인으로 지목되고 있습니다. 우리 은하 역시 중심에 매우 무거운 블랙홀이 있는 것으로 보인다고 합니다..
역사적으로 은하는 외관, 즉 시각적 형태로 분류되어 왔습니다. 통상적인 형태로는 타원 은하와 나선 은하가 있는데 전자는 타원형의 윤곽을 가지고 있고 후자는 먼지투성이의 나선팔들이 소용돌이치는 원반 모양의 구조입니다. 불규칙하거나 기묘한 모양의 은하는 불규칙한 은하로 분류되고 주로 인접 은하의 중력에 의해 모양이 교란된 것이라고 합니다. 은하간 상호작용은 보통 은하가 서로 합쳐질 때 별 생성률이 커지는데, 때로는 별이 매우 빠르게 생성되는 폭발적 항성생성 은하가 되기도 합니다. 타원이나 원반과 같은 고른 구조를 갖추지 못한 작은 은하도 불규칙한 은하로 분류됩니다.
관측 가능한 우주에는 1,700억 개 이상의 은하가 있을 것으로 추정됩니다. 대부분의 은하는 지름이 1천 ~ 10만 파섹 정도 되고 수백만 파섹의 간격으로 흩어져 있습니다. 은하간 공간은 평균 밀도가 1 입방미터당 1개의 원자도 되지 않는 희박한 기체로 채워져 있습니다. 대부분의 은하는 은하군과 은하단이라 불리는 상부구조를 이루고 있으며, 은하단들이 모여 초은하단이라고 불리고 있는 거대한 구조를 형성합니다. 초은하단은 가느다란 선이나 넓은 판과 같은 구조를 따라 분포하며, 이것은 광대한 텅 빈 공간(초공동)으로 둘러싸여 있습니다.

 


은하의 어원은 어떻게 생겨났을까?

은하를 뜻하는 '갤럭시(galaxy)'는 마치 우유가 흐르는 것처럼 보이는 은하수를 뜻하는 그리스어 '갈락시아스'에서 유래했습니다. 그리스 신화에서 제우스가 어린 헤라클레스를 불사신으로 만들기 위해 헤라가 자는 동안 젖을 물렸다고 합니다. 헤라는 잠에서 깨 자신도 모르는 아기에게 젖을 주고 있다는 사실을 깨닫고 아기를 밀쳐냈다고 합니다. 그래서 그녀의 젖이 밤하늘에 흩뿌려지게 되었고 그 흔적이 은하수가 되었다고 합니다.

영어에서 대문자로 시작하는 'Galaxy'는 우리 은하(영어로 Milky Way)를 의미하며, 소문자('galaxy')로 쓸 경우에는 수많은 은하 중 하나를 의미합니다. 우리 은하나 은하수만을 가리키는 '밀키 웨이(Milky Way)'라는 단어는 제프리 초서의 글에 처음 등장합니다.
1786년 윌리엄 허셜은 자신의 심원천제 목록을 만들게 되면서 메시에 31과 같은 특정 천체를 "나선 성운"이라고 불렀다고 합니다. 나중에 이 천체가 실제로 엄청난 수의 항성들로 이루어져 있고, 우리 은하 바깥쪽에 존재한다는 사실이 밝혀지면서 '섬 우주'라고 불리게 되었다고 합니다. 그러나 우주라는 말은 존재하는 모든 것을 가리키는 것으로 잘 알려져 있었기 때문에 이 말은 사장되었고 후에 '은하(galaxies)'라는 말로 쓰이게 되었습니다.

 


은하 관측의 역사에 대해 알아보자!

은하수(우리 은하)

은하수가 많은 별들로 이루어져 있다는 사실은 1610년 갈릴레오 갈릴레이에 의해 처음 밝혀졌습니다. 그는 자신이 직접 만든 망원경으로 은하수를 관찰했고, 어렴풋이 성운처럼 보이는 은하수가 실제로 개별 별들로 분해된다는 것을 발견했습니다. 1750년 영국의 토마스 라이트는 은하수가 많은 항성이 중력으로 뭉쳐 회전하는 천체이고 이것을 내부에서 보고 있기 때문에 하늘에서는 띠 모양으로 보인다는 설을 태양계에 대한 관측으로 유추하였습니다.
은하수의 실제 모습과 태양이 은하수 내 어디쯤 위치하고 있는지 알아내려는 시도는 윌리엄 허셜에 의해 처음 이루어졌다고 합니다. 1788년 허셜은 밤하늘의 각 방향에 존재하는 별들의 수를 세고 어두운 별들이 멀리 떨어져 있다는 가정에 근거하여 별들의 분포를 구하려 했습니다. 그 결과 항성은 은하수에 가까워질수록 많이 분포되어 있다는 것을 알게 되었고 태양이 은하의 중심에 있다는 결론을 내렸다고 합니다. 1920년 네덜란드의 야코뷔스 캅테인은 허셜의 방법에 따라 더욱 정교하게 관측하였고, 우리 은하의 지름은 약 15 kpc이며, 허셜과 마찬가지로 태양이 거의 중심에 있다고 주장하였다고 합니다. 한편 미국의 할로 섀플리는 구상 성단의 분포가 궁수자리 방향으로 집중되어 있기 때문에 우리 은하는 직경이 약 70 kpc이고 편평한 원반이며, 태양이 그 외곽에 위치한다고 주장했습니다. 실제는 성간 물질에 의한 빛의 흡수 효과를 고려하지 않았기 때문에 은하의 크기에 대한 의견이 모두 옳은 것은 아니었지만, 태양계가 원반 모양의 우리 은하 밖에 있다는 섀플리의 주장은 오늘날에도 여전히 올바른 것으로 간주되고 있습니다.

외부 은하의 발견

인류가 처음 관측하게 된 우리 은하 밖에 있는 은하는 안드로메다 은하(M31)입니다. 10세기에 페르시아의 천문학자 알 수피가 처음 안드로메다 은하를 관측하여 "작은 구름"이라고 표현한 기록이 남아 있다고 합니다. 이후 안드로메다 은하는 1612년 독일의 시먼 마리우스에 의해 재발견되었습니다. 알 수피는 대마젤란 은하도 관측했는데 이 은하는 남반부에 위치해 있었고 16세기까지는 유럽에서 알려지지 않았다고 합니다.
1750년 토마스 라이트는 은하수가 별들로 이루어져 있으며, 하늘에 성운처럼 보이는 천체는 우리 은하와 같다고 추론했습니다. 1755년 독일의 이마누엘 칸트는 이런 생각들을 발전시켜 성운은 은하수와 같은 멀리 있는 천체라고 지적하면서 이것을 '섬 우주'라고 불렀습니다. 1774년 프랑스의 샤를 메시에는 구름 형태의 천체를 혜성과 구별하기 위해 메시에 천체 목록을 발표했습니다. 1840년대에 영국의 로스 백작이 구경 72인치짜리의 대형 망원경을 만들어 이를 이용하여 다양한 천문 스케치를 남기기도 했습니다. 그는 사냥개 자리의 M51이 나선형을 하고 있다는 것을 발견했습니다. 그는 알려진 성운들 중 많은 것들이 나선 모양으로 존재하며, 반면에 어떤 것들은 그러한 특징들이 없는 단순한 타원형 성운이라는 것도 발견했습니다. 이때 이들 천체는 외부 은하임을 인식하지 못했기 때문에 모양에 따라 '성운' 또는 '나선성운'이라고 불렀습니다.
1912년에 베스토 슬라이퍼는 처음으로 "나선성운"의 스펙트럼을 관측했고, 그들이 커다란 적색편이를 보여주고 있다는 것을 발견했고, 따라서 우리로부터 매우 빠르게 멀어져 가고 있다는 사실을 발견했습니다. 1920년에는 나선 성운의 본질을 두고 할로 섀플리와 하버 커티스 사이에 이른바 대토론이 열리기도 했습니다. 이 유명한 논쟁에서 섀플리는 은하수는 우주의 천체라고 주장했으며, 나선성운의 하나인 안드로메다는 단순히 우리 은하의 일부일 뿐이라고 주장했고, 반대로 커티스는 안드로메다와 나선성운들은 우리 은하 밖의 다른 은하, 이른바 섬우주라고 주장했습니다. 이 논쟁은 1924년에 에드윈 허블에 의해 해결되었습니다. 허블은 안드로메다 은하에서 세페이드 변광성을 발견하였는데 변광성의 절대 등급과 변광주기 관계를 이용해 안드로메다 은하까지의 거리는 약 90만 광년이라는 것을 계산해냈다고 합니다. 이 값은 당시 알려진 우리 은하의 크기에 비해 충분히 컸기 때문에 안드로메다 은하가 우리 은하 밖의 천체라는 것이 확인되었다고 합니다. 이로써 안드로메다 은하를 포함한 나선성운들은 모두 우리 은하 밖의 천체라는 사실이 확립되었습니다. 1936년에 허블은 은하들의 형태학적 분류법을 고안했는데, 이 분류법은 아직까지도 허블 분류법이라는 이름으로 사용되고 있습니다.

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