우리 은하, '가스 부자'
우리 은하, '가스 부자'
  • 함예솔
  • 승인 2019.10.17 15:40
  • 조회수 2141
  • 댓글 0
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초신성이나 격렬한 항성풍(stellar winds)은 은하의 원반부에서 가스를 분출합니다. 여기서 나온 가스는 다시 은하(galaxy)로 떨어져 새로운 항성을 만들어 냅니다. 천문학자들은 이러한 가스의 재순환 과정을 알아내기 위해 연구를 하던 중 우리 은하로 들어오는 잉여 가스를 발견했습니다. 이는 <The Astrophysical Journal>에 게재됐습니다.

 

이번 연구의 주요 저자이자 우주망원경과학연구소(Space Telescope Science Institute, STSI)의 천문학자 Andrew Fox가 NASA에서 밝힌 바에 따르면 "우리 은하에서 가스는 유입과 유출이 평형을 이루며 균형을 이루고 있을 것이라고 예상했다"며 "하지만 허블우주망원경의 자외선 데이터 분석 결과 가스의 유출보다 유입이 더 많았다"고 밝혔습니다. Andrew Fox의 말에 따르면 현재로써 우리 은하에 과잉으로 유입되는 가스의 근원지는 여전히 미스터리로 남아있다고 하는데요. 이 가스는 어디서 오는 걸까요?

우리 은하의  가스의 재순환 과정. 출처:  NASA, ESA and D. Player (STScI)
우리 은하의 가스의 재순환 과정. 출처: NASA, ESA and D. Player (STScI)

과잉 유입되는 가스, 근원지는?

 

한 가지 가능한 설명은 은하간 물질(intergalactic medium)에서 새로운 가스가 나온다는 겁니다. 그러나 Andrew Fox는 우리 은하가 자신의 주위를 돌고 있는 수 많은 위성 은하(Satellite galaxy)의 가스를 훔쳐 흡수하기 위해 엄청난 중력을 이용하고 있다고 의심했습니다. 게다가 이번 연구는 은하계 전체에서 차가운 가스만을 조사했지만 뜨거운 가스 역시 중요한 역할을 할 가능성도 존재합니다.   

본 연구에서는 가스가 은하를 얼마나 빠르게 드나드는지에 관한 가장 좋은 측정값을 보여줍니다. 이전 연구를 통해 천문학자들은 은하 가스(galactic gas) 매장량이 유입에 의해 보충되고 유출에 의해 감소한다는 사실을 알고 있었는데요. 하지만 유출되는 가스 대비 유입되는 가스의 상대적인 양에 대해서는 알지 못했습니다. 유입과 유출 과정 사이의 균형은 새로운 세대의 항성과 행성이 형성되는 걸 조절하기 때문에 중요합니다. 

 

연구진은 허블우주망원경에 부착된 COS(Cosmic Origins Spectrograph)를 통해 수집된 관측 자료를 통해 연구를 수행했습니다. 연구원들은 허블망원경 관측 기록 보관소를 샅샅이 뒤져서 우리 은하를 둘러싸고 있는 헤일로(halo)에 관한 200개의 자외선 관측 결과를 분석했습니다. 10년 동안 축적된 상세한 자외선 관측 데이터는 은하계 전체의 가스 흐름을 유례없이 볼 수 있게 해줬습니다. 그리고 최초로 은하계 전체의 가스 유출입 내역을 알 수 있게 됐습니다. 

허블우주망원경에 부착된 COS(Cosmic Origins Spectrograph)를 통해 수집된 관측 자료로 연구를 진행했다. 출처: NASA; ESA; A. Feild, STScI
허블우주망원경에 부착된 COS(Cosmic Origins Spectrograph)를 통해 수집된 관측 자료로 연구를 진행했다. 출처: NASA; ESA; A. Feild, STScI

은하  헤일로(halo)의 가스 구름은 자외선에서만 관측 가능한데요. 허블망원경은 자외선으로 우주의 상세한 데이터를 수집하도록 특화된 망원경입니다. 이번 연구의 공동 저자이자 노스캐롤라이나주립대학교(North Carolina State University)의 Rongmon Bordoloi은 "허블우주망원경에 부착된 COS(Cosmic Origins Spectrograph)는 본래 우리 은하 너머의 우주를 연구하기 위한 장치였지만 우리는 전경에 있는 우리 은하의 가스를 분석했다"며 "우리가 가까운 우주와 더 먼 우주 둘 다 연구하기 위해 동일한 관측 기구를 사용할 수 있다"고 전했습니다. 덧붙여 "허블의 해상도는 가까운 천체와 멀리 있는 천체를 동시에 연구할 수 있게 해준다"고 말했습니다. 

 

퀘이사(Quasar) 빛 이용하다

 

은하의 가스 구름은 눈에 보이지 않습니다. 이에 연구팀은 이러한 가스 구름과 그들의 움직임을 관측하기 위해 배경으로 퀘이사(Quasar)의 빛을 이용했습니다. 블랙홀을 연료로 사용하며 밝게 빛나는 은하를 퀘이사(quasars)라고 합니다. 이 퀘이사 중심부에는 고온의 가스와 먼지가 집중돼 있고 거대한 블랙홀이 존재하는데요. 그 덕분에 퀘이사는 수십억 광년 동안 신호등처럼 눈부시게 빛납니다. 퀘이사의 빛이 우리 은하에 닿으면, 이 빛은 보이지 않는 가스 구름을 통과하게 됩니다.

블랙홀을 연료로 사용하며 밝게 빛나는 은하, 퀘이사(quasars). 출처: NASA/ESA/G.Bacon, STScI
블랙홀을 연료로 사용하며 밝게 빛나는 은하, 퀘이사(quasars). 출처: NASA/ESA/G.Bacon, STScI

구름 속 가스는 특정한 진동수의 빛을 흡수해 숨길 수 없는 퀘이사 빛의 지문을 남기는데요. 연구진은 이 지문을 골라내 우리 은하 주변의 가스를 추적했습니다. 유출되는 가스 구름과 유입되는 가스 구름은 빛의 도플러 편이(Doppler shift)로 인해 구별됐는데요. 우리 은하를 향해 가스 구름이 움직이고 있다면 빛의 스펙트럼은 청색 끝을 향해 이동하지만 만약 멀어지고 있다면 붉은색 끝을 향해 이동합니다.

 

현재 우리 은하는 가스의 유입과 유출에 대한 정보를 제공해줄 수 있는 유일한 은하입니다. 이번 연구의 또 다른 공동 저자인 독일의 포츠담대학교(University of Potsdam)의 Philipp Richter은 "우리 은하를 자세히 연구한다면 이는 우주 전역에 있는 은하를 이해할 수 있는 근간이 된다"며 "우리 은하는 상상보다 더 복잡하다는 걸 깨달았다"고 말했습니다. 향후 연구는 과잉 유입되는 가스의 근원지가 어디인지 밝히는 건 물론이고 다른 더 거대한 은하도 이와 비슷하게 행동하는지 탐구할 예정이라고 합니다. Andrew Fox는 현재 우리 은하와 가장 가까운 거대 은하인 안드로메다 은하(M31)에 대해 알아보기 충분한 COS 관측 장비들이 있다고 말합니다. 과연 안드로메다 은하도 우리 은하와 비슷할까요?


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