은하끼리 충돌하면 대격변 일어날까?

과학기술

은하끼리 충돌하면 대격변 일어날까?
예상과 달리 경우에 따라 블랙홀 위축될 수도

2021.01.26 10:36 김병희 객원기자

은하는 항성과 백색왜성, 중성자별, 블랙홀, 성간물질과 암흑물질 등이 중력에 의해 모여있는 거대한 천체다. 천문학자들은 약 50억 년 뒤에는 우리 은하가 250만 광년 떨어져 있는 이웃의 안드로메다은하와 충돌할 것이라고 예측하고 있다.

우리 은하와 크기는 비슷하고 질량은 약 3분의 1로 알려진 안드로메다와 우리 은하가 충돌하면 과연 무슨 일이 벌어질까?

이전에는 은하 사이의 충돌이 반드시 은하 중심에 있는 거대한 블랙홀의 활동을 증가시킬 것이라고 생각했다.

그러나 일본 도쿄대 연구팀이 최근 다양한 은하 충돌 시나리오에 대해 슈퍼컴퓨터로 정확한 시뮬레이션을 수행한 결과, 일부 충돌은 오히려 중앙 블랙홀의 활동을 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.

그 이유는 은하들의 정면충돌이 은하 물질의 핵을 제거해 은하 안에 있는 블랙홀에 대한 연료 공급을 끊을 수 있기 때문이다.

‘네이처 천문학(Nature Astronomy)’ 25일 자에 발표된 이번 연구는 우리 은하 진화에 대한 이해의 폭을 넓힐 것으로 보고 있다. <관련 동영상>

“은하 충돌, 구름의 결합과 가까워”

은하의 충돌과 같은 거대한 현상에 대해 생각할 때는 별이 부서지고 폭발하며 엄청난 규모로 파괴되는 일종의 우주 대재앙을 상상하고 싶은 충돌을 느낄 수 있다.

그러나 실제로는 은하 충돌이 한 쌍의 구름이 결합하는 것과 더 가까울 수 있다는 것이다. 구름이 부딪칠 때는 통상 큰 구름이 작은 구름을 흡수한다.

마찬가지로 은하가 부딪칠 때 은하 안에 있는 별들이 충돌할 가능성은 거의 없다는 것이다. 이전에는 은하가 충돌할 때 그 결과는 엄청날 수 있다고 얘기돼 왔다.

은하들은 여러 다른 방식으로 충돌한다. 어떤 때는 작은 은하가 더 큰 은하의 바깥 부분과 충돌해 통과하거나 합쳐지며, 어느 경우든 충돌하는 경로를 따라 많은 별들이 교환된다.

“은하 충돌이 반드시 블랙홀 활동 증가시키지는 않아”

그러나 은하들이 정면으로 충돌할 수도 있다. 이 경우에는 작은 은하가 큰 은하의 압도적인 조석력(tidal forces)에 의해 찢어질 수 있다는 것이다. 이 시나리오에서는 은하핵 안에서 예상과 달리 매우 흥미로운 일이 발생할 수 있는 것으로 나타났다.

논문 제1저자인 도쿄대 요헤이 미키(Yohei Miki) 연구원은 “대부분의 은하 중심에는 거대한 블랙홀(MBH)이 있다”며, “천문학자들은 오랫동안 은하 충돌을 탐구해 오면서, 은하가 충돌하면 항상 거대 블랙홀에 핵 안의 물질 형태로 연료를 공급할 것이라고 추정해 왔다”고 말했다

우주의 다양한 은하들 모습. © Kosmo

이 추정에 따르면 블랙홀에 대한 연료 공급은 블랙홀의 활동을 크게 증가시켜 우리가 자외선과 X선으로 이를 관찰할 수 있다고 생각해 왔다는 것.

그러나 이번 연구 결과, 그런 일련의 사건들이 반드시 일어나는 불가피한 일이 아니며, 실제로는 때때로 정반대의 현상이 일어난다고 믿을 만한 충분한 근거를 확보하게 됐다는 것이다.

“우리 은하, 이전에도 수많은 은하들과 충돌”

은하 충돌은 거대 블랙홀의 활동을 증가시킬 뿐이라는 개념이 논리적으로 보이지만, 미키 연구원 팀은 이 개념을 테스트해 보고자 했다. 이들은 은하 충돌 시나리오를 매우 상세한 모델로 구성하고 슈퍼컴퓨터로 이를 시뮬레이션 했다.

‘네이처 천문학’ 25일 자에 발표된 논문. © Springer Nature / Nature Astronomy

연구팀은, 어떤 상황에서는 큰 은하 쪽으로 진입해 오는 작은 은하가 실제로는 큰 은하의 거대 블랙홀 주위 물질들을 제거해 버릴 수 있다는 시뮬레이션 결과를 보고 개가를 올렸다. 새로운 사실을 확인했기 때문이다.

이 결과는 기존 이론과 달리 은하 충돌이 거대 블랙홀의 활동을 증가시키는 대신 감소시킬 수 있다는 것을 나타낸다.

미키 연구원은 “이번 연구에서는 거대 블랙홀을 둘러싼 둥근 도넛 모양의 가스 물질의 동적 진화를 계산했다”며, “만약 진입해 오는 은하가 거대 블랙홀의 속성에 의해 결정된 어떤 임곗값 이상으로 둥근 원환체를 가속화시킨다면 이 가스 물질들이 방출돼 버려 거대 블랙홀이 굶어 죽을 수 있다”고 설명했다.

거대 블랙홀에 대한 이런 활동 억제가 얼마나 오랫동안 지속될지는 아직 확실치 않으나, 이런 사건들은 100만 년 정도는 지속될 수 있다고 보고 있다. 연구팀은 우리 은하가 이전에 수많은 작은 은하들과 충돌했다고 확신하고 있다.

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