(화면 자막)

본 동영상은 행정안전부와 한국정보화진흥원에 지식정보자원관리사업으로 제작되었습니다. 

우리은하와 외부은하

우리는 태양계 밖의 천체들에서 성운과 성단을 통해 광활한 우주에 공존해 있는 신비한 천체들과 만날 수 있었습니다. 그럼 이제 시야를 좀 더 넓혀 태양계가 속해있는 우리 은하를 여행해볼까요? 

1. 우리은하 

수천억 개의 별이 원반 모양 또는 타원체 모양으로 모여 있는 집단의 은하라고 부르고 그 중에서도 태양계가 속해있는 은하를 우리은하 라고 부릅니다. 맑은 날 밤 하늘을 올려다보면 뽀얀 구름처럼 보이는 은하수를 볼 수 있습니다. 이 형상은 지구에서 보이는 우리 은하의 일부분으로 이 은하수가 별들의 무리라는 사실은 17세기 갈릴 레오에 의해 처음 알려졌습니다. 별들의 무리인 우리은하는 보시는 것처럼 우리은하의 원반을 옆에서 본 모습입니다. 이런 특징 때문에 우리 은하를 miiky way gallxy 또는 은하수라고 부르기도 하죠. 은하수에 대한 관심은 영국의 천문학자 허셜에 의해서 높아졌습니다. 우연히 하늘의 여러 방향에서 별의 개수를 세보았던 허셜은 대부분의 별들이 은하수 부근에 놓여 있음을 알게 됐고 은하수를 기준으로 어느 방향에서나 별들의 개수가 같다는 사실을 알아내게 됩니다. 허셜이 제기한 원리는 만약 사람을 중심으로 볼링핀이 동심원 모양으로 나열되어 있을 때, 중심에 서있는 사람이 모든 방향에서 셀 수 있는 볼링핀의 개수가 같다는 원리와 동일합니다. 허셜은 이렇게 모든 별들이 은하수 부분에 모여 있고 모든 방향에서 본 별의 개수가 같다는 사실을 알고 우리 은하에서 태양이 중심을 차지하고 있을 거라고 생각하게 됩니다. 우리은하를 관측 하면서 태양의 위치를 새롭게 해석한 사람은 허셜 이외에 카프 타인도 있습니다. 그는 우주를 평평한 타원체로 생각하면서 중심에서부터 거리가 멀어지면서 별들의 밀도가 줄어드는 것을 통해 태양의 위치를 분석했습니다. 카프 타인의 우주 구조에서 본다면 보시는 것처럼 태양은 우리 은하의 중심에서 650pc 떨어져 있으며 중심 면에서 북쪽으로 38pc 떨어진 곳에 위치해 있음을 알 수 있습니다. 그리고 우리 은하의 구조를 밝히는데 힘써온 천문학자도 있죠 바로 미국의 천문학자 샤플리랍니다. 그는 구상성단을 관측 하면서 우리 은하의 구조를 끊임없이 연구했습니다. 그 결과 과거의 알고 있는 우리 은하의 크기 보다 10배나 먼 곳에 구상성단이 존재한다는 사실을 확인하고 우리 은하의 크기를 기존 크기에서 더욱 늘려 기록을 했습니다. 하지만 안타깝게도 샤플리는 우리 은하가 그보다 더 광대 하다는 사실을 명확하게 알지는 못했지요. 

(인터뷰)

김상철 박사 - 한국천문연구원 

: 우리은하의 크기는 당시 샤플리가 생각했던 것보다 훨씬 큰 것으로 밝혀졌습니다. 실제 우리 은하의 크기는 직경 으로 약 10만 광년 정도가 되구요. 태양은 우리 은하의 중심에서 약 3만 광년 정도 떨어져 있습니다. 우리 은하는 실제로 굉장히 거대한 천체입니다. 이렇듯 우리은하는 수많은 천문학자들의 호기심을 자극하며 오랜시간 연구되어 왔습니다. 천문학자들은 우리 은하를 처음엔 그저 나선팔만 가지고 있는 나선은하일 것이라고 생각했습니다. 하지만 관측 기술이 발달함에 따라 우리 은하의 구조를 더 세부적으로 관측하게 되면서 우리 은하가 핵 주위의 막대를 가지고 있는 막대 나선은하 라는 것을 알게 되었습니다. 막대 나선은하는 태양계 밖의 천체들에서 자세히 설명했습니다. 그럼 우리에게 다양한 궁금증을 안겨주고 있는 우리 은하의 모습을 살펴볼까요? 

2. 허블도표 

먼저 우리 은하는 크게 원반과 팽대부 헤일로의 세 부분으로 분류할 수 있습니다. 띠 모양으로 늘어선 것이 바로 우리 은하의 대부분을 차지하는 원반입니다. 우리 은하의 원반에는 수많은 별들은 물론 성단, 가스, 먼지 등의 다양한 물질도 함께 모여 있습니다. 은하 원반에서는 지금도 별이 탄생하고 있지만 중심부에서 멀리 떨어진 지역엔 탄생한 지 오래된 별 들이 존재하고 있습니다. 이렇게 원반에 별이 많이 모여 있는 이유는 뭘까요? 그 이유는 별이 탄생하기 위해서는 가스들이 필요한데 바로 이 원반의 가스가 많이 존재하고 있기 때문이죠. 가스가 많이 모여있어서 원반이 어둡게 보이고 또 가스와 먼지에 의해 별빛이 많이 가려 지기도 합니다. 우리 은하 내에는 수많은 별들이 집단의리로 모여있는 성단이 많이 존재하고 있습니다. 그렇다면 우리가 태양계 밖의 천체 들에서 만났던 산개 성단들은 우리은하 어디쯤에서 볼 수 있을까요? 비교적 젊은 별들이 모여있는 산개성단은 보시는 것처럼 별의 탄생이 활발한 지역인 원반에 많이 존재하고 있습니다. 우리은하를 옆에서 봤을 때 원반이 긴 띠 모양을 하고 있다면 팽대부는 은하의 중심 부분에 별들이 빽빽하게 모여 있어 둥근 공 모양을 띠고 있습니다. 팽대부에는 많은 양의 먼지가 존재하지는 않지만 워낙 먼지와 가스가 원반 에 밀집해 있어 실제로 팽대부의 먼지를 관측하기 에는 어려움이 있습니다. 저멀리 원반 주위에 희박하게 퍼져있는 부분이 보이나요? 이 부분이 바로 헤일로 입니다. 헤일로에는 여러분이 보시는 것처럼 별들이 드문드문 분포해 있고 공 모양을 하고 있는 구상상단의 모습도 발견됩니다 수천 억개의 별이 모여 신비한 장관을 연출하고 있는 우리 은하! 넓은 우주공간에 우리은하 혼자만 존재하는 것은 아닙니다. 별들이 모여 성단을 이루듯이 안드로메다 은하를 포함한 여러 천체들이 모여서 국부은하군 이라 불리는 은하군을 이루고 있습니다. 국부은하군 약 45개 정도의 은하를 포함하고 있습니다. 그리고 국부은하군의 중심 운하는 바로 우리 은하와 안드로메다 은하 입니다. 우리 은하와 안드로메다 은하는 국부은하군을 대표하는 나선은하이며 이 밖에도 국부은하군에는 나선은하는 물론 왜소타원은하 등의 은하들이 포함되어 있습니다. 물론 불규칙 은하들도 포함되어 있죠. 국부은하군의 대표적인 불규칙 은하 에는 대마젤란은하와 소마젤란은하가 있습니다. 이들은 크기가 커서 육안으로 잘 보이는 은하의 속하죠. 처음 맨 눈으로 보았을 때는 그 모습이 별무리 처럼 보이지 않고 성운처럼 보여서 대마젤란성운 소마젤란성운이라고 불리기도 했습니다. 또한 타원 모양을 띄고 있지만 그 크기가 작아 왜소타원은하라고 불리는 은하 들도 국부은하군을 구성하고 있습니다. 이렇게 다양한 은하들을 모양과 배열에 따라 분류해 표로 만든 천문학자가 있습니다. 허블이라는 미국의 천문학자가 그 주인공입니다. 허블은 보이는 것처럼 자신이 만든 허블 도표를 통해 나선은하, 타원은하, 불규칙 은하들로 분류해서 은 하들을 배열 했습니다. 허블 도표의 가장 오른쪽의 위치에 있는 타원은하가 보이시나요? 왼쪽에서부터 가장 동그란 형태의 은하를 배치하고 오른쪽으로 갈수록 찌그러진 모양의 타원은하들을 배열해 놓았습니다. 다음으로 나선은하를 살펴볼까요? 나선은하는 중심 부분에 막대가 있는 것과 없는 것 두 종류로 분리되기 때문에 이렇게 타원은하에서부터 두 갈래로 갈라져서 위치하고 있습니다. 또한 나선팔에 꼬인 정도에 따라서 다시 세부적으로 분류되고 있음을 알 수 있습니다. 그리고 허블 도표 맨 오른쪽에는 일정한 형태가 없는 불규칙은하가 irr로 표시되어 있는 것을 확인할 수 있습니다. 그렇다면 이렇게 다양한 은하들이 모여 있는 국부은하군의 크기는 얼마나 될까요? 약 45개의 은하들이 모여있다고 하니 그 크기가 어마어마 하겠죠? 

(인터뷰)

김상철 박사 - 한국천문연구원 

: 국부은하군의 크기는 1mpc정도 되는데요. 1mpc을 광년으로 바꾸면 약 326만 광년이 됩니다. 다시 말하면 이쪽 끝에서 저쪽 끝까지 지나가려면 약 326만 년이 걸린다는 얘기가 됩니다. 지금까지 만나본 은하들은 비교적 그 모양과 형태가 평범한 모습을 띄고 있었습니다. 그럼 이제 조금 더 특별하고 독특한 인원들과 만나볼까요? 3. 외부은하 지금까지 만나보는 은하들은 비교적 그 모양과 형태가 평범한 모습을 띄고 있었습니다. 그럼 이제 조금 더 특별하고 독특한 은하들과 만나 볼까요? 나선, 타원, 불규칙 은하가 정상은하에 속한다면 앞으로 만나볼 은하들은 정상적인 활동 범위를 넘어선 활동성 은하 입니다. 일반적인 정상은하들은 대부분 별들이 내는 빛의 영역, 즉 우리가 볼 수 있는 가시광선 영역에서 밝은 빛을 내게 됩니다. 하지만 활동성 은하들은 전 파장 영역에서 빛을 낸다는 차이점이 있죠. 

(인터뷰)

김상철 박사 - 한국천문연구원 

: 활동성은하가 내는 빛은 별에서 나오는 빛도 있지만 별에서 나오는 빛 만으로는 활동성은하가 내는 에너지 전체를 설명 하기가 힘듭니다. 활동성 은하가 내는 에너지는 핵에서 상당 부분의 에너지가 나오기 때문에 활동성은하핵 이라고 부르게 됩니다. 하지만 무엇보다 활동성 은하의 대표적인 특징은 바로 은하에서부터 이렇게 가늘고 긴 물질의 흐름인 제트 나온다는 사실입니다. 그렇다면 활동성은하의 중요한 특징인 제트는 과연 어떻게 해서 생겨나는 걸까요? 그 해답은 활동성은하의 중심에 있을 것이라고 추정되는 블랙홀에 있습니다. 이 블랙홀이 주변에 가스 등을 빨아들이면서 엄청난 에너지와 제트를 발생시키고 있는 거죠. 이같은 활동성은하는 세이퍼트은하와 전파은하로 분류할 수 있습니다. 나선은하의 형태를 띄고 있는 세이퍼트은하는 많은 양의 에너지를 방출 하고 있으며 처음 발견한 하이 세이퍼트라는 천문학자의 이름을 따서 이름 지어졌습니다. 나선은하의 1% 정도가 이 세이퍼트 은하에 속해 있죠. 세이퍼트 은하는 눈으로 볼 수 있는 가시광선 영역에서는 평범한 나선은하처럼 보입니다. 하지만 적외선 영역으로 관측을 해보면 정상적인 은하들의 100배 정도에 달하는 밝은 빛을 띠고 있다는 것을 알 수 있습니다. 세이퍼트의 은하가 나선은하 중에서도 활동성이 강한 은하의 속한다고 하면 전파은하는 타원은하 중에서 활동성이 강한 은하를 뜻합니다. 전파은하는 대부분의 은하들이 에너지를 가시광선 영역에서 방출하는 것과 달리 에너지 상당량을 강력한 전파해내는 은하 입니다. 그래서 가시광선 영역에서 볼 땐 그저 평범한 은하에 불과하지만 이렇게 적외선 영역에서 보면 엄청난 에너지를 내고 있다는 사실을 알게 되죠. 전파은하 역시 세이퍼트은하 처럼 활동성 은하에서 나타나는 제트가 발생합니다. 그런데 다른 특징도 있죠 바로 빛을 내는 영역이 양쪽으로 생겨 매우 방대 하다는 겁니다. 빛을 내는 영역을 로브 라고 하는데 그 크기는 은하 자체보다 크다고 볼 수 있습니다. 우리가 사는 지구에서 아주 먼 거리에 떨어져 있는 신비한 은하들, 저기 넓은 은하 세계에 유난히 밝게 빛나고 있는 천체 하나가 있습니다. 너무 멀리 떨어져 있어서 별 처럼 보이지만 실제로는 엄청나게 큰 에너지를 내고 있는 특별한 천체, 바로 퀘이사입니다. 이 퀘이사는 우리가 보일 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체로 이렇게 멀리 떨어져 있어도 밝은 빛을 띠며 엄청난 에너지를 방출하고 있습니다. 퀘이사가 이렇게 밝은 빛을 띠는 이유는 세이퍼트은하나 전파은하와 달리 모든 영역에서 강한 빛을 내고 있기 때문이죠. 퀘이사의 중심에도 활동성은하처럼 엄청난 에너지를 발생시키는 거대한 블랙홀이 존재한다고 알려져 있습니다. 처음으로 은하수를 발견 하던 그 날의 놀라움은 이제 우주에 대한 더 깊은 호기심이 되었습니다. 수많은 은하들이 선물한은 신비로운 우주의 모습을 앞으로도 변함없이 여러분의 마음속 가득 간직하길 바랍니다.