우주의 진화.. > 미스테리

팽창하는 우주

은하의 진화

먼 은하의 모습은 가까이 있는 은하들과 다릅니다

이것은 은하가 우주의 팽창과 더불어 진화해온 것을 말해줍니다.<?xml:namespace prefix = o /><?xml:namespace PREFIX = O />

우주에 있는 수많은 은하들은 대부분 우리로부터 엄청나게 빠른 속도로 멀어져 가고 있습니다. 에드윈 허블(Edwin Powell Hubble, 1889 – 1953)은 윌슨산 망원경 관측으로 이 사실을 발견하고 우주가 팽창하고 있기 때문이라는 결론을 내렸답니다.

허블은 또한 멀리 있는 은하들일수록 더 빠른 속도로 우리로부터 멀어지고 있다는 사실을 알아내고 은하가 멀어지는 속도는

은하까지의 거리에 비례한다는 허블의 법칙을 발표했습니다. 우주가 팽창한다는 사실은 무엇을 의미하는것일까요?

시간을 거슬러 올라가면 과거의 우주는 더 작았다는 뜻일까요? 과거의 은하들은 어떤 모습을 하고 있었을까요?

지금과 같은 모습이었을까요? 아니면 은하는 시간에 따라 다른 모습으로 진화해 온 것일까요? 우주 진화론을 주장하는

빅뱅우주론에 맞서 우주가 한결같았다고 주장하는 정상상태우주론은 은하가 진화해 왔다고 생각하지 않는답니다.

어느 우주론이 맞는지는 멀리 있는 은하를 관측해 보면 알 수 있을 것입니다.

멀리 있는 은하를 보는 것은 먼 과거의 은하를 보는 것이기 때문입니다. 먼 은하의 모습은 가까이 있는 은하들과 다릅니다.

이것은 은하가 우주의 팽창과 더불어 진화해온 것을 말합니다.

[사진_NASA,ESA]

은하들의 한 때

이 사진은 허블우주망원경으로 촬영 대상이나 지역을 정하지 않고 아무렇게나 찍어서 얻은 우주의 한 장면이랍니다.

수많은 사람들이 오가는 도심 한가운데서 마구 셔터를 눌러서 찍은 스냅사진 속에 다양한 사람들이 찍혀 있듯이

이 사진에는 100억년을 건너뛴 은하의 모습이 언뜻비칩니다. 위쪽 가운데 보이는 밝고 푸른 은하는 가까운 거리에서 흔히 보이는 나선은하이며 많은 별들이 새로 태어나고 있습니다. 오른쪽 아래로 보이는 나선팔이 길게 늘어난 은하는 수억년 전에 걸쳐 겪은 은하충돌의 여파가 남아있습니다. 한가운데 보이는 붉은 나선은하에 길게 걸쳐있는 푸른색 고리는 100억 광년 거리에 있는

먼 은하의 중력렌즈 상이랍니다. 이 상이 푸른색을 띠고 있는 것은 그 은하가 뜨겁고 젊은 은하라는 것을 말해준다고 합니다.

[사진_Jeffrey Newman,NASA]

은하까지의 거리 측정

NGC4603이라 불리는 이 나선은하는 켄타우루스자리 방향으로 1억광년 거리에 있습니다. 이 은하가 1억 광년거리에 있다는 것은 어떻게 알았을까요? 은하까지의 거리를 재는 한가지 방법은 은하 속에 있는 맥동변광성을 이용하는 것인데 맥동변광성은

주기적으로 별이 커졌다 작아졌다(맥동)하며 밝기가 변합답니다. 별은 클수록 밝은 별이고 큰별일수록 커졌다 작아지는

맥동주기(변광주기)가 길어집니다. 따라서 변광주기를 측정하면 별의 절대밝기를 알 수 있고 이것을 다시 겉보기 밝기와 비교하면 거리를 알게 되는것입니다. 이 은하는 맥동변광성 중에서도 가장 밝은 케페이드 변광성이 보이는 가장 먼 은하입니다.

[사진_Subaru Telescope, NAO of Japan]

가장 멀리 있는 은하

수십억 광년 너미 있는 은하까지의 거리는 빛의 적색편이와 허블의 법칙을 이용하여 측정한답니다. 은하가 멀어지는 속도는

빛의 적색편이로 알아낼 수 있고 이 속도를 허블의 법칙에 대입하면 은하까지의 거리를 알아낼 수 있습니다. IOK-1이라 명명된

이 은하는 인류가 본 가장 멀리 있는 은하랍니다. 이 은하는 머리털자리방향으로 128억광년 거리에 있으며 빅뱅 후 불과 8억년

밖에 되지 않은 은하입니다. 이 사진은 하와이 마우나케이산 정상에 있는 일본의 수바루 망원경에 973nm의 적외선 필터를 붙혀 15시간 노출시켜 촬영하여 얻은 것입니다.

[사진_NASA,ESA ,and Z.Levay]

은하 진화의 증거, 전파은하

전파로 우주관측을 시작하면서 은하들 중에는 강한 전파를 방출하는 전파은하들이 있다는 사실을 알게 되었습니다.

처녀자리A라고 불리는 하늘의 강한 전파원은 처녀자리방향으로 5500만 광년 거리에 있는 M87타원은하라는 것이 밣혀졌습니다. M87은하는 밝은 활동핵을 가지고 있으며 강력한 전파와 X선을 방출하고 있는데 이 은하는 처녀자리은하단에서 가장 크고

밝은 은하이며 중심에 태양질량의 60억배가 넘는 거대블랙홀이 있을 것으로 추측되고 있습니다.

전파은하는 먼 거리로 갈수록 더 자주 발견되어 은하가 진화해왔다는 것을 시사하고 있답니다.

[사진NASA, A.Wilson]

활동적인 핵을 가진 은하

은하들 중에는 매우 활동적인 핵을 가진 세이퍼트 은하가 있습니다. 컴퍼스자리방향으로 1300만 광년 거리에 있는 컴퍼스자리

은하(ESO 97-G13)는 가장 가까운 저리에 있는 세이퍼트 은하입니다. 세이퍼트은하는 중심에 활동적인 밝은 핵이 있고 강한

전파를 방출하는 나선은하입니다. 이 은하는 중심부의 가스를 엄청난 속도로 은하 밖으로 뿜어내고 있답니다. 보라 빛을 띤 부분이 은하 원반에서 분출된 가스입니다. 세이퍼트은하는 중심에 있는 매우 질량이 큰 블랙홀에서 동력을 얻는 것으로 여겨진답니다.

[사진_J.Mackenty(STScl), and NASA]

두 개의 핵을 가진 은하

은하는 보통 한 개의 밝은 핵을 가지고 있습니다. 하지만 마카리안(Markarian)315라고 불리는 이 은하는 두 개의 밝은 핵을

가지고 있답니다. 두 개의 은하핵은 약 6000광년 거리로 서로 떨어져 있는 왜 이 은하는 두 개의 핵을 가지고 있는 것일까요?

이 은하도 세이퍼트 은하인데 다른 은하를 합병하는 중인것으로 생각된답니다. 세이퍼트 은하의 핵이 유난히 밝은 이유는 이와

같은 은하의 합병과정을 통해 중심이 블랙홀이 에너지를 얻기 때문이 아닌가 생각되고 있답니다.

[사진_John Bahcall,NASA]

과거의 은하, 퀘이사

먼 우주를 보는 것을 과거의 우주를 보는 것과 같습니다. 수십억 광년 너머에서 발겨노디는 퀘이사는 현재에는 존재하지 않는

과거의 천체랍니다. 사진은 허블우주망원경으로 관측한 15억광년 거리에 있는 퀘이사(PKS 2349-014)의 모습입니다.

오른쪽 사진은 왼쪽 사진의 명도대비를 조정하고 핵부분을 확대한 사진입니다. 오른쪽 사진에는 퀘이사 위쪽으로 작은 동반은하가 보이고 있답니다. 이 동반은하는 퀘이사와 불과 11000광년밖에 떨어져 있지 않으며 퀘이사의 강한 중력에 이끌리고 있어

결국 퀘이사의 엔진인 블랙홀로 빨려 들어가 블랙홀의 에너지원으로 작용할 것으로 여겨진다고 합니다.

퀘이사의 발견은 그동안 빅뱅우주론의 회의적이던 학자들의 생각을 바꾸어 빅뱅우주론을 지지하게 만드는 계기가 되었답니다.

.[사진_NASA, ESA, G.Milley]

합체되고 있는 은하

우주에는 크고 작은 은하들이 있습니다. 큰 은하들은 어떻게 생겨났을까요? 이 사진 왼쪽위에 보이는 전파은하가 그 답을 줄지도 모릅니다. 거미집은하(MRC 1138-262, B1 1138-26)라는 별명을 얻은 이 은하는 작고 가벼운 여러 은하들이 합체되고 있는 모습을 보여주고 있습니다. 천체물리학자들은 이것이 초기 우주에서 은하가 성장하는 방법이라고 생각하고 있습니다. 거미집은하는 바다뱀자리방향으로 100억광년, 빅뱅으로부터 30억년밖에 경과되지 않은 우주초기의 은하랍니다.

[사진_NASA, S.Beckwith]

은하의 시간 여행

과거의 우주모습은 어떠할까요? 먼 우주를 볼수록 더 오랜 과거의 은하를 볼 수 있답니다. 이 사진은 허블우주망원경으로 화로자리방향으로 작은 영역을 찍어서 얻은 10000개가 넘는 은하들 가운데 골라낸 사진입니다. 사진마다 기묘한 형태의 은하들이 눈에 뛰고 있답니다. 윗줄 왼쪽 사진에는 3개의 은하가 대단한 싸움을 벌이고 있어서 은하들의 모양이 일그러져 있습니다. 왼쪽 두 개의 사진에서 붉은 점으로 보이는 작은 은하들은 가장 멀리 있는 은하들입니다. 이 은하들은 우주의 나이가 8억년밖에 되지 않았을 때 존재하던 우주초기의 은하들입니다. 혼란에 빠져있는 대부분의 은하들과 달리 당당한 위풍을 드러내는 오른쪽 위의 커다란 나선은하는 이 사진에서 가장 나중에 생성된 불과 10억년 전의 은하입니다.

[사진_adolf Schaller for STScl]

최초의 별들이 태어나는 우주

초기 우주의 모습은 오늘날의 우주와는 많이 달랐을 것이랍니다. 우주의 별들이 처음부터 있었던 것은 아닙니다. 별들이 생겨난 것은 빅뱅 4억년후로 생각된답니다. 우주 최초의 별들이 태어나는 모습은 어떠했을까요?

이 사진은 우주의 아주 초기, 우주의 나이가 10억년도 되지 않았을 때의 별들이 태어나고 있는 우주의 모습을 그린 상상도입니다. 엄청난 속도로 수소가 뭉쳐서 별들이 태어나고 있습니다. 당시에는 현재와 같은 평온한 은하의 바다가 없었으므로 우주는 폭발적으로 별들이 태어나는 은하로 타오르고 있었답니다.