우리 은하는 왜 초속 270km 속도로 팽이처럼 돌까? > 행 성

우리는 은하에 살고 있다. 더 정확히 말하자면, 우리은하에 살고 있다.

밤하늘에 동서로 길게 누워 가는 빛의 강. 이 은하수를 일컬어 서양에서는 밀키 웨이(milky way)라 하고, 우리나라에서는 미리내라고 불렀다. 태양계가 있는 우리은하를 그래서 미리내 은하라고도 한다. 그러니까 은하수는 고유명사이고, 은하는 보통명사로 서로 다른 말임을 알 수 있다.

지금은 은하수가 엄청 많은 별들의 띠라는 것이 상식이 되었지만, 인류가 그 사실을 안 것은 사실 400년 밖에 되지 않았다. 그것이 별들의 집단이라는 사실을 최초로 인류에게 보고한 사람은 1610년 자작 망원경으로 관측한 갈릴레오 갈릴레이였다.

가운데가 약간 도톰한 원반 꼴인 우리은하의 크기는 지름이 약 10만 광년으로, 늙고 오래 된 별들이 공 모양으로 밀집한 중심핵(Bulge)이 있는 팽대부와 그 주위를 젊고 푸른 별, 가스, 먼지 등으로 이루어진 나선팔이 뻗어나와 있다. 그 외곽에는 주로 가스, 먼지, 구상성단 등의 별과 암흑물질로 이루어진 헤일로(Halo)가 은하 주위를 감싸고 있으며, 이 안에 약 3000억 개의 별들이 중력의 힘으로 묶여 있다.

태양 역시 그 3000억 개 별 중의 하나일 따름이다. 태양은 우리은하의 중심으로부터 은하 반지름의 2/3쯤 되는 거리에 있으며, 나선팔 중의 하나인 오리온 팔의 안쪽 가장자리에 있다. 그렇다면 은하수는 왜 띠처럼 보이는 걸까? 그 해답은 우리은하가 옆에서 보면 프라이팬 위에 놓인 계란 프라이와 흡사한 원반 꼴을 하고 있다는 데 있다.

은하 중심에서 2만 3000광년쯤 떨어진 변두리에 있는 태양계는 은하 중심을 보며 공전하므로, 지구에서 볼 때 7만 광년 거리의 중첩된 중심부와 먼 가장자리 별들이 그처럼 밝은 띠로 보이는 것이다. 또, 은하수가 천구를 거의 똑같이 나누고 있다는 사실에서 우리는 태양계가 은하면에서 그리 멀리 떨어져 있지 않다는 것을 알 수 있다.

하지만 이 모든 사실보다 우리의 관심을 끄는 것은 우리은하가 지금 이 순간에도 무서운 속도로 팽이처럼 돌고 있다는 사실이다.

미국 국립전파천문대의 최근 관측 결과에 따르면, 우리은하의 회전속도는 자그마치 초당 270km나 되며, 한 바퀴 도는 데는 2억 2500만 년이 걸린다. 은하가 지금 우리가 있는 위치에서 한 바퀴 전이었을 때는 공룡들이 지구를 점령하고 있을 무렵이었다. 우주 탄생 직후에 태어나 거의 우주 나이와 맞먹는 우리은하는 130억 년이 넘게 이러한 뺑뺑이 운동을 계속하고 있는 셈이다.
우리은하는 왜 돌까?

과학자들이 극대배열 전파망원경(VLBA)을 사용해 은하 나선팔에 있는 별들의 분만실을 집중적으로 관측했다. 여기서 일어나는 격렬한 가스 분자 운동은 강력한 라디오파를 발생시키는데, 이 ‘우주 분자 증폭기’를 측량 기준점으로 삼아 전 은하에 걸쳐 지도를 작성하면 은하 회전의 전모를 알 수 있는 것이다. 하지만 그렇다고 최초의 회전운동을 야기한 단서까지 알려주는 것은 아니다.

은하 회전에 대한 비밀을 알려면 아무래도 태고의 우주로 돌아가지 않으면 안된다. 오늘의 은하를 탄생시킨 당시, 어떤 물질들이 어떤 운동을 했던가를 알아내는 것이 관건이기 때문이다.

우주 생성 모델에 따르면, 태초의 우주공간에는 수소와 헬륨 구름만이 가득 차 있었음을 알려준다. 문제는 이 분자구름들이 우주공간에 균일하게 분포되어 있지 않고 지역에 따라 약간의 편차를 갖고 있었다는 데 있다. 이 편차에서 인력차가 발생해 물질들이 뭉쳐지기 시작했던 것이다.

물질이 뭉쳐지면 하나의 중심을 향해 원운동을 하게 된다. 그리고 점점 많이 뭉쳐질수록 각운동량 불변의 법칙에 따라 회전은 빨라지게 된다. 피겨 선수들이 회전할 때 팔을 오므리면 더 빨리 도는 것과 마찬가지다. 또 회전이 빠를수록 원반은 더 얇아진다. 이것 역시 공중에서 피자 반죽을 돌리는 것과 같은 이치다.

이리하여 중심에는 원시 은하 원반이 만들어지고, 원반 곳곳에서는 분자구름들이 뭉쳐져 가스 공을 만들게 된다. 이 가스 공 중심이 고압으로 온도가 올라가 1000만 도에 이르면 이른바 핵에너지가 발생하는 것이다. 이것이 바로 '스타 탄생'이다. 그리고 이러한 별들이 수없이 모여 하나의 은하를 완성한다.

하지만 최초의 각운동량은 여전히 남아 오늘날까지 우리은하를 초속 270km라는 맹렬한 속도로 돌리고 있는 것이다.

이렇게 볼 때, 은하를 따라 돌고 있는 우리는 따지고 보면 130억 년이 넘는 아득한 태고의 우주와 이어져 있는 존재라는 것을 알 수 있다. 우리 몸을 이루고 있는 수소, 산소 등 물질 역시 마찬가지다. 우리는 어느 날 하늘에서 뚝 떨어진 것이 아니라, 참으로 유서 깊은 존재이자 우주의 일부임을 실감할 수 있다.

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