작은 은하가 자기보다 훨씬 큰 은하와 정면으로 충돌하면 지름이 수천 광년에 이르는 고리 은하가 만들어진다. 은하 간 공간에 펼쳐진 우단羽緞에 불규칙 은하를 가장 멋지게 그려 놓는다면, 그것이 바로 고리 은하일 것이다. - P491
이렇게 말할 수도 있겠다. 연못 한복판에 돌을 던지면 순간적으로 많은 양의 물이 튀기면서 구덩이가 잠시 움푹 파일 것이다. 작은 은하와 큰 은하의 정면 충돌 현상도 은하라는 거대한 연못에 돌이 떨어진 상황에 비유할 수 있다. 큰 은하의 중심이 뚫려서, 고리 은하가 만들어지는 것이다. 시간이 어느정도 지나면 그 뚫린 구멍이 다시 메워질지도 모른다. - P491
여러분이 은하를 모양이 잘 변하지 않는 튼튼한 강체剛體 라고 생각한다면 그것이야말로 큰 오해다. 은하는 약 1000억 개의 별들로 만들어진 유동성의 구조물이다. - P492
어느 한 순간 사람은 대략 100조 개의 세포로 구성돼 있다. 그러나 그 사람을 구성하는 세포가 늘 같은 세포는 아니다. 100조 개의 일부는 죽어 없어지고 동시에 새 세포가 다시 만들어짐으로써 항상 일정한 상태를 유지하고 있는 것이 인간의 육체이다. 은하도 마찬가지이다. - P492
내 몸을 구성하는 세포의 수는 늘 일정하지만, 오늘 내 몸에 들어 있는 세포 모두가 어제의 그것은 아니다. 그렇다고 해서 오늘의 내가 어제의 내가 아니라고 할 수는 없다. ‘나‘는 ‘나‘로 남아 있다. 은하면에 펼쳐진 나선 팔 구조도 이와 같다. - P492
나선 팔은 늘 같은 모습을 보이지만, 나선 팔을 이루는 구성원들은 끊임없이 변한다. ‘오늘‘의 나선 팔을 이루는 별, 성간 기체, 성간 티끌은 ‘어제‘ 의 그것들이 아니다. 어제 나선 팔을 이루고 있던 구성원들이 빠져나가면서 동시에 새로운 구성원이 들어와 그 빈 자리를 메운다. 구성원 자체는 변했지만 나선 팔의 구조는 그대로 유지된다. 그렇다면 어떻게 나선 팔 구조가 유지되느냐가 궁금한 문제이다. 나선 밀도파의 이론에 따르면 나선 구조는 유체에서 볼 수 있는 파동현상의 결과이다. - P492
은하의 자살률은 의외로 높다. 은하의 자살은 흔히 폭발로 목격된다. 수천만 또는 수억 광년 떨어진 곳에서 엑스선, 적외선, 전파를 강력하게 내놓는 복사원輻射源들이 여러 개 알려져 있는데, 이것들은 중심핵 부분이 유난히 밝게 빛날 뿐 아니라 대략 몇 주의 시간 간격으로 밝기가 불규칙하게 변한다. 그중 어떤 것들은 그 길이가 수천 광년에 이르는 밝은 빛줄기를 뿜어 내기도 한다. 그뿐 아니라 티끌 때문에 검게 보이는 판구조들을 만들어 그 내부에서 대규모의 교란이 일어나고 있음을 알려준다. 천문학자들은 이러한 은하들 내부에서는 거대한 폭발이 진행 중이라고 확신하고 있다. - P493
밝기 변화의 주기로부터 폭발과 교란이 일어나는 지역의 크기를 조사해 보니 태양계보다 작은 것으로 판명됐다. 그런데 이렇게 좁은 지역에 앞에서 이야기한 정도의 질량이 들어있다고 하니 그곳의 밀도는 상상을 초월하는 수준일 게다. - P493
학자들은 NGC 6251과 M 87 같은 거대 타원 은하들의 중심 깊숙이에는 질량이 태양의 수백만 내지 수십억 배나 되는 블랙홀이 각각 들어앉아 으르렁거리고 있다고 주장한다. - P493
수십억 광년 저 너머에는 은하 중심부의 폭발이나 소동과는 비교할 수도 없는 격렬한 변동을 겪고 있는 천체들이 있다. 이 천체들을 우리는 준성準星 또는 퀘이사 quasar라고 부른다. 이것들은 대폭발 이후 우주의 역사에서 가장 큰 변동을 겪고 있는 젊은 은하일지도 모른다. - P493
퀘이사 quasar는 준성 전파원準星電波源이라는 뜻의 ‘quasi-stellar radio source‘의 머리글자들을 조합해 만든 단어이다. - P493
퀘이사가 발견되고 얼마 후 준성 전파원들 모두가 반드시 강력한 전파원은 아니라는 사실이 밝혀졌다. 그래서 준성 전파원은 준성체準星體라는 뜻의 ‘quasi-stellar object‘로 이름이 바뀌었다. 요즈음은 이것을 더 줄여서 ‘QSO‘로 흔히 표기한다. - P493
겉보기에는 별과 구별하기 어려웠으므로 처음에는 이것들(준성체, QSO)이 우리 은하에 속한 천체로 간주됐다. 그러나 분광 관측을 통해 적색이동을 측정해 본 결과, 준성체가 우리 은하에서 엄청나게 멀리 떨어진 곳에 있는 천체일 가능성이 높은 것으로 확인됐다. - P493
준성체는 우주 팽창에 적극 참여하는 천체이다. 우리에게서 후퇴하는 속도가 광속의 90퍼센트에 이르는 준성체들도 있으니, 그들은 우주의 저 먼 변방에 있는 셈이다. 준성체들이 이렇게 먼 거리에 있음에도 불구하고 겉보기 밝기가 별만 한 것을 보면 그들의 원래 광도가 상상을 초월할 정도로 높다는 결론을 얻게 된다. 원래의 광도를 환산해 보면 초신성 1,000개가 동시에 폭발할 때 예상되는 밝기의 수준이다. - P494
백조자리 X-1과 마찬가지로 준성체의 변광 주기는 무척 짧기 때문에, 격동의 현장은 태양계보다 좁은 영역에 국한된다. - P494
이렇게 좁은 영역에서 그렇게 높은 수준의 광도를 과연 어떤 방법으로 공급할 수 있단 말인가? 학자들이 제안한 몇 가지 이론 - P494
(1) 준성체는 펄서의 극단적 변형으로서 질량이 매우 큰 고속의 회전체가 그 내부 핵에 자리하고 이것이 강력한 자기장과 연결되어 막대한 양의 에너지를 방출한다는 이론이 있다. - P494
(2) 은하 중심에 밀집하여 있는 수많은 항성들이 서로 격렬하게 충돌하면서 별의 외곽부는 찢겨 달아나고 수십억 도에 이르는 고온의 내부 핵 부분이 노출된 것이 준성체라는 이론이 있다. - P494
(3) 바로 앞의 이론과 연관된 아이디어로서 내부에서 초신성 폭발이 연쇄적으로 일어나고 있는 은하가 준성체라는 이론이 있다. 별이 너무 밀집해 있는 은하에서는 하나의 별이 초신성으로 폭발하면서 발생한 충격파가 주위 별의 초신성 폭발을 촉발할 수 있다. 이리하여 초신성의 연쇄 폭발이 가능해진다. - P494
(4) 물질과 반물질의 상호 소멸에서 생기는 에너지의 급격한 방출이 준성체 현상으로 나타난다는 이론도 있다. 이 경우에는 어떤 연유에서인가 반물질이 퀘이사 내부에 남아 있어야 한다. - P494
(5) 성간 가스와 티끌이 은하의 중심에 자리한 거대한 블랙홀로 떨어지면서 폭발적으로 내놓는 막대한 양의 에너지가 준성체에서 볼 수 있는 제반 현상을 빚어 낸 장본인이라는 이론도 있다. 이 경우 중심 블랙홀은 작은 블랙홀들이 장구한 세월에 걸쳐 충돌ㆍ합병된 결과물일 수 있다. - P496
(6) 준성체가 흰 구멍, 즉 ‘화이트홀 white hole‘ 이라는 이론도 빼놓을 수 없다. 다른 우주의 블랙홀들로 쏟아져 들어간 물질이 반대쪽으로 다시 출현하도록 하는 ‘깔때기‘가 화이트홀이다. 이 이론은 화이트홀이 우리 우주 도처에 있다는 주장인 셈이다. - P496
켄타우루스자리 전파원 A. 일명 NGC 5128라고 불리는 이 강력한 전파원은 거대 타원 은하가 나선 은하와 충돌하여 생긴 것이라는 설이 있다. 티끌 때문에 검게 보이는 두꺼운 띠는 충돌 과정에서 깨진 나선 팔들의 측면 모습일 수 있다. - P495
또 다른 설에 따르면, NGC 5128은 약간의 가스와 티끌을 동반한 하나의 거대 타원 은하라고 한다. 가스와 티끌 그리고 어쩌면 별로 구성된 원반이 이 은하를 온통 둘러싸고 있다고 생각된다. 검게 보이는 띠가 바로 원반의 측면 모습이라는 것이다. 구체적 정체야 어떻든, 이 은하는 매우 강력한 전파원이다. - P495
전파 세기의 분포도에는 티끌 원반에 수직한 방향으로 두 개의 전파엽電波葉 쌍방 대칭으로 자리한다. 엑스선과 감마선의 방출량도 만만치 않다. 엑스선의 세기가 매우 빠른 주기로 변하는 것으로 보아, 중심에 숨어 있는 거대한 블랙홀을 향해 성단들이 통째로 빨려 들어가고 있다고 믿어진다. 우리로부터 거리는 1400만 광년 떨어져 있고, 두 전파엽의 총길이는 300만 광년에 이른다. - P495
퀘이사의 에너지원이 무엇이든 간에 적어도 한 가지는 확실하다. 즉 전대미문의 거대한 파괴가 퀘이사 내부에서 진행 중이라는 사실 말이다. 엄청난 양의 에너지가 분출되는 퀘이사 하나하나에서 수백만 개에 이르는 세상들이 철저하게 파괴되고 있을 것이다. - P496
파괴되는 세상 중에는 생물과 그 파괴 과정을 이해할 수 있는 지적 생물이 살고 있는 곳이 있을지도 모른다. 그들은 자신들이 파괴되는 순간에도 에너지의 분출과 대혼란의 정체가 과연 무엇인지 이해하려고 고민할 것이다. 고통 또한 인식 기능이 감내해야 할 의무가 아닌가. - P496
우리는 외계 은하들을 연구함으로써 우주의 질서와 아름다움을 엿볼 수 있었다. 상상을 초월한 규모로 벌어지는 격렬한 혼돈의 폭력 역시 우주의 한 속성이다. 우주는 자연과 생명의 어머니인 동시에 은하와 별과 문명을 멸망시키는 파괴자이다. - P496
우주는 반드시 자비롭지만은 않다. 그렇다고 우리에게 적의를 품지도 않는다. 우주 앞에서 우리의 생명, 인생, 문명, 역사는 그저 보잘것없는 존재일 뿐이다. - P496
우리의 은하수 은하와 같이 겉보기에 점잖고 준수한 은하에도 들썩거리는 구석이 있고, 야단스러운 동네가 있게 마련이다. - P496
우리 은하의 중심부를 전파 망원경으로 자세히 관찰해 보면 태양의 수백만 배나 되는 질량의 수소 기체 구름 두 덩이가 은하핵에서부터 분출되는 것을 확인할 수 있다. 마치 은하 중심핵에서는 자잘한 폭발들이 늘 심심찮게 일어나는 것처럼 말이다. - P497
고에너지 우주 망원경이 지구 주위를 선회하면서 우리 은하의 핵을 관찰했더니 특정 파장을 가진 강력한 감마선이 방출되는 것도 검출할 수 있었다. 이것을 통해 우리는 은하수 은하의 핵 속에 거대 질량 블랙홀이 숨어 있다는 추측을 하게 됐다. - P497
은하 진화의 긴 여정에서 격동의 청년기에 속한 은하들은 준성체로 나타나거나 격렬한 폭발을 일으킴으로써 자신의 존재를 바깥 세상에 내보인다. 우리의 은하수 은하 같은 은하들은 중년기에 들어선 ‘착실하고 건실한‘ 은하라고 하겠다. - P497
퀘이사를 청년기의 은하로 보는 데에는 그럴 만한 이유가 있다. 퀘이사까지의 거리가 수십억 광년이므로 우리가 관측하는 퀘이사의 모습은 이미 수십억 년 전에 일어난 현상이기 때문이다. - P497
별들은 은하수 은하의 내부에서 잘 정돈된 궤도를 따라 움직이며, 구상 성단들은 은하의 원반을 향해 곤두박질하여 원반을 뚫고 나갔다가 되돌아가는 진동 운동을 계속한다. 우리가 은하면 상하로 오르내리는 별들의 운동을 하나하나 따라갈 수 있다면 강냉이 알들이 은하면 위로 팍팍 터져 올라오는 것같이 보일 것이다. - P497
우리가 은하 모양의 변화를 직접 관측한 적은 없다. 은하를 구성하는 별들의 운동이 워낙 느리기 때문이다. 예를 들면 은하수 은하의 중심 원반이 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 무려 2억 5000만 년이다. 변화가 있다고 해야, 이렇게 긴 시간이 지난 다음에야 감지될 수 있는 성격의 변화일 뿐이다. - P497
은하에서의 변화는 매우 느리게 진행되므로 수만 년 정도의 짧은 시간 속에서 뚜렷한 변화를 기대할 수는 없다. - P498
은하의 중심부는 힘을 가해도 모양이 변하지 않는 강체처럼 회전한다. 그러나 중심부에서 벗어난 지역은 태양의 주위를 공전하는 행성들처럼 케플러의 법칙에 따라 움직인다. - P498
중심에서 멀어질수록 회전 속도는 감소하고 회전 주기는 증가하므로 하나의 나선 팔에서 은하의 중심에 가까운 부분이 완전히 한 바퀴 도는데 걸리는 시간이 먼 부분보다 짧게 마련이다. 따라서 나선 팔은 세월이 경과함에 따라 은하의 중심핵 주위로 점점 더 팽팽하게 감기려는 경향이 있다. - P498
하나의 나선 팔을 항시 같은 티끌, 가스, 별들이 구성하며, 그러한 나선 팔이 은하의 전반적인 회전에 정확하게 동참한다면, 시간의 흐름과 함께 나선 팔은 점점 더 팽팽하게 감기게 마련이다. 이러한 경향이 계속된다면 나선 팔의 구조는 은하에서 사라지고 말 것이다. 실제로 나선 팔은 은하의 전반적 회전과 다른 속도로 움직이면서 자신의 패턴을 그대로 유지한다. 나선 말의 패턴이 유지되는 것은 은하의 원반에서 모종의 파동 현상 때문이라고 해석된다. - P498
가스와 티끌은 주위보다 밀도가 높은 나선 팔에 모이며 거기서 별이 된다. 이렇게 태어난 젊고 뜨거우며 밝은 별들 덕분에, 우리 눈에 은하수의 나선 팔이 뚜렷하게 보인다. 이런 별들의 주계열 수명이 대략 1000만 년이고, 이것은 은하 회전 주기의 5퍼센트에 불과한 극히 짧은 기간이다. 그러므로 나선 팔을 장식하던 별들은 은하가 한바퀴를 돌기도 전에 자신의 주계열 수명을 다하고 빛을 잃는다. 그러나 그곳에서 곧바로 새로운 별들이 탄생하고 자기 주위에 발광 성운을 형성한다. 이 때문에 나선 팔의 모습은 그대로 유지된다. - P499
하나의 별이 은하의 중심을 도는 속도는 일반적으로 나선 팔의 패턴이 움직이는 속도와 같지 않다. 따라서 별은 나선 팔에 들어갔다 나왔다 하기를 반복하면서 은하 중심을 일주한다. - P499
우리 은하에서 태양이 은하의 중심을 도는 회전 속도는 초속 200킬로미터 정도이다. 이 값은 시속 72만 킬로미터에 해당하는 엄청나게 빠른 속도이기는 하지만 은하 중심에서 태양까지의 거리가 약 2만 5000광년이나 되기 때문에 이 속도로 한 바퀴 도는 데 2억 5000만 년이나 걸린다. 그런데 태양의 나이가 대략 50억 년이므로 태양은 태어나서 지금까지 은하의 중심을 20번 정도 완주했음을 알 수 있다. 나선 팔을 들락날락하기를 반복하면서 이렇게 여러 번 은하의 중심을 맴돌았다는 이야기이다. - P499
우리 은하에는 뚜렷하게 드러난 나선 팔이 두 개 있다. 태양이 은하 중심을 일주하는 동안에 하나의 나선 팔 안에 머무는 시간이 평균 4000만 년, 다음 나선 팔을 만날 때까지 나선 팔 바깥에서 보내는 시간이 8000만 년, 그리고 다음 팔로 들어가서 또 4000만 년을 지내고, 이 팔을 벗어나서 역시 8000만 년의 세월을 보내게 된다. - P499
별들이 태어나는 지역이 나선 팔이다. 나선 팔 안에 반드시 태양과 같이 중년기에 들어선 별들만 있으라는 법은 없다. 우리 태양은 현재 나선 팔과 다른 나선 팔 사이를 지나는 중이다. - P499
태양계의 반복되는 나선 팔 통과가 지구에 모종의 중대한 결과를 초래했을지도 모른다. 태양계는 지금으로부터 약 1000만 년 전에 굴드 벨트Gould Belt에서 벗어났다. 굴드 벨트는 오리온 나선 팔을 이루는 다양한 복합체들 중의 일부로서 현재 태양으로부터 1000광년이 채 안되는 거리에 있다. (오리온 나선 팔에서 은하의 안쪽 방향으로 사수자리 나선 팔이 자리하고 바깥쪽에는 페르세우스 나선 팔이 있다.) - P500
나선 팔 안에는 고온의 기체 성운, 저온의 암흑 성간운, 갈색 왜성 등이 나선 팔과 나선 팔 사이에서보다 월등히 많다. 그러므로 하나의 나선 팔 안에 머무는 동안 태양은 거기에 있는 성운을 통과하게 될 뿐 아니라 별이 채 못 된 미소한 천체들과도 조우할 확률이 높다. - P500
태양이 암흑 성간운과 만나 그 안으로 들어갈 때 암흑 성운을 이루던 성간 티끌들이 태양에서 지구로 오는 빛을 차단하는 경우가 발생할 수 있다. 물론 이렇게 되면 지구의 기온이 내려갈 것이다. 지구에서 대략 1억 년의 주기로 발생했던 빙하기의 원인이 바로 이것이라고 주장하는 학자들이 있다. - P500
네이피어W. Napier와 클러비S. Clube 같은 학자들은 현재 태양계 행성들 주위에서 볼 수 있는 다양한 고리들과 소행성 그리고 위성들의 상당 부분이 원래 암흑 성간운 내부에서 자유롭게 떠돌던 것들로 오리온 나선 팔에 들어온 태양계에 붙잡힌 것이라고 생각한다. 여러 가지 정황으로 보아 실제로 그러했을 가능성은 적지만 흥미로운 생각임에는 틀림이 없다. - P500
검증도 간단히 할 수 있다. 현재 화성 주위를 돌고 있는 포보스 위성이나 혜성 등에서 시료를 채취해 지구로 가져와 실험실에서 그 성분, 특히 마그네슘 동위 원소들의 함량을 정확하게 측정하면 된다. - P500
|