August 22,2019

S자 모양으로 뒤틀린 ‘우리 은하’

호주-중국 연구팀, 3D사진 최초 공개

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지구가 속해 있는 우리 은하는 소용돌이 모양의 얇고 평평한 원반 형태의 ‘나선형 은하’라고 지금까지 알려져 왔다. 물론 이 말이 전혀 틀린 것은 아니다.

그러나 최근 천문학자들이 1000여개의 별을 관찰한 자료를 바탕으로 3D 형태로 구성한 결과 우리가 알던 그런 모습과는 매우 달랐다.

우리 은하는 S자 모양으로 휘어 있으며, 우리 은하 중심에서부터 멀어질수록 뒤틀린 형태로 점차 변하고 있다. 설명을 달아주지 않으면, 새로 만든 3D 사진을 보고 과거 우리가 알아왔던 우리 은하 사진이라고 생각할 사람은 아무도 없을 정도이다.

호주 매쿼리 대학교(Macquarie University)와 중국과학원(Chinese Academy of Sciences) 천문학자들은 우리 은하의 정확한 3D지도를 4일 네이처 아스트로노미(Nature Astronomy) 저널에 발표했다.

사상 처음으로 3D 입체로 구성한 우리 은하 ⓒ ScienceTimesCredit: Xiaodian Chen (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences)

 3D 입체로 구성한 우리 은하 ⓒ Xiaodian Chen (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences

 

지금까지 천문학자들이 추정한 우리 은하의 상상도 ⓒ 위키피디아

지금까지 천문학자들이 추정한 우리 은하의 상상도 ⓒ 위키피디아

멀리서 보면 우리 은하는 아주 얇은 원반 같이 생겼으며 이 안에 있는 약 2500억 개의 별들이 모여 있다. 별들은 우리 은하의 중심을 축으로 해서 수 억 년에 한 번씩 회전한다.

이렇게 많은 별은 중력이라는 접착제에 의해서 흩어지지 않고 모여 있다. 중력의 당기는 힘은 우리 은하의 안쪽 지역에서 멀리 떨어질수록 약해진다.

그러므로 우리 은하의 먼 바깥쪽 원반에서는 가스 원반의 대부분을 구성하는 수소원자들이 더 이상 얇은 구조물에 갇혀 있지 않는다. 이 가스 원반은 우리 은하를 S자 모양으로 뒤틀린 형태를 갖도록 한다.

이번 논문의 주저자인 북경 중국과학원의 샤오디안 첸 (Xiaodian Chen) 박사는 “우리 은하의 원반 모양이 실제로 어떻게 생겼는지에 대해 분명하게 알지 못하는 한, 태양에서 우리 은하의 바깥쪽 가스 판 사이의 거리를 결정하기는 대단히 어렵다”고 말했다.

세페이드 변광성 측정 자료 바탕으로 구성

천문학자들은 고전적인 세페이드 (Cepheids) 변광성의 자료를 바탕으로 우리 은하의 거리를 3%에서 5%에 이르는 정확도로 측정했다.

이러한 데이터를 바탕으로 연구팀은 처음으로 우리 은하의 아주 먼 외곽지역까지 포함하는 정확한 3D 입체 형태를 제작했다.

고전 세페이드 변광성은 태양보다 4배에서 20배의 무게를 가진 젊은 별들로서 태양보다 최대 10만배 더 밝다. 이렇게 높은 질량이면서 훨씬 밝다는 것은 이들의 핵연료가 빨리 탄다는 것을 의미한다.

그래서 수명이 훨씬 짧아질 수 밖에 없으므로, 세페이드 변광성은 불과 수백 만 년이라는 짧은 시간안에 타 버린다.

세페이드 변광성은 수일에서 수개월에 달하는 주기로 박동 현상을 보여준다. 이에 따라 나타나는 밝기의 변화가 중요한 관측수단이다.  세페이드 변광성의 밝기와 박동기간을 결합하면 아주 신뢰성있는 거리를 측정하는데 사용된다.

호주 매쿼리 대학교의 리차드 드 그리스(Richard de Grijs) 교수는 “놀랍게도 우리들은 1339개의 세페이드 변광성과 우리 은하의 가스 판이 가깝게 서로를 따라가는 것을 발견했다. 이것은 우리 은하의 형성에 대한 새로운 통찰력을 제공한다”고 말했다.

리차드 드 그리스 교수 ⓒ Richard de Grijs

리차드 드 그리스 교수 ⓒ Richard de Grijs

드 그리스 교수는 “이보다 더 중요한 것은 S형태의 별로 구성된 원반모습이 우리 은하의 바깥쪽으로 가면서 점차 나선형 형태로 뒤틀리면서 변해간다는 점”이라고 말했다.

이 때문에 처음으로 3D로 구성한 우리의 모습은 나선형의 휘어진 동시에 뒤틀린 형태로 나타나는 것이다.

이는 10여개의 다른 은하들이 또한 이렇게 뒤틀어진 나선형 형태로 변해가는 중이라는 다른 연구팀의 발표와도 유사한 현상이다.

이러한 연구결과들을 종합해볼 때, 우리 은하의 뒤틀어진 나선형 패턴이 우리 은하 내부 원반의 질량의 회전력인 토르크에 의해서 나타나는 것으로 보인다고 연구진은 밝혔다.

이번 논문의 공저자인 중국과학원의 리카이 등(Licai Deng) 박사는 “이 새로운 형태는 우리 은하 안에 있는 별들의 운동과 우리 은하 원반의 기원에 대한 가장 최신의 지도를 제공해 준 셈”이라고 말했다.

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