4. 우리 은하계의 나이
사실 우리 은하계의 나이가 얼마인지 알기도 쉬운 일은 아니다. 그러나 지금까지의 연구에 의하면 아마도 우리 은하의 나이는 거의 우주의 나이 만큼이나 많은 것으로 생각된다. 즉 빅뱅 이후 생겨난 은하들 중 하나라는 것이다. 이전 빅뱅에 관련된 포스트에서 이야기 했듯이 최초의 별이 빛나기 시작한 빅뱅 이후 4억 년 이후인 암흑 시대의 끝 이후 형성된 은하중 하나라는 것이다.
(이전에도 자주 쓴 WMAP 의 우주 진화 이미지, 최초의 빅뱅이후 37만 9 천년 이후 우주의 맑개 갬 이후 우주에는 별하나 빛나지 않았다. 그러나 점자 물질들이 중력에 의해 뭉치면서 빅뱅 후 4억년 후 최초의 별이 빛나기 시작했고, 암흑시대가 끝이났다. 그리고 은하들이 생성되었다. 아마 우리 은하도 이 시기에 최초의 생성된 은하중 하나였을 것이다. 최근 스바루 망원경의 관측을 통해 빅뱅 이후 8억년된 은하들이 관측되었다.This file is in the public domain because it was created by NASA )
우리 은하의 나이가 이렇게 오래되었다는 것은 은하에서 가장 나이가 많은 별을 관측함으로써 얻어진 결과이다. 유럽 남방 천문대 (ESO : European Southern Observatory) 의 Very Large Telescope 의 관측에 의하면 HE 1523-0901 이라는 지구에서 7500광년 떨어진 별이 우리 은하계에서 가장 오래된 별이라고 한다. ( http://www.perseus.gr/Astro-Star-Oldest-HE-1523-0901.htm 에서 사진확인)
이 별은 금속이 적은 (metal poor) 별로 popullation II 에 속하는 2세대 별이다. 질량은 태양의 0.8 배 정도인 이 별의 수명은 아마도 132억년 정도인 듯 하다. 최근 WMAP 관측 결과에 의하면 우주의 나이는 137억년 이기 때문에 이 별은 거의 암흑 시대 이후 생긴 초창기 별이며, 이런 별들의 존재에 의해 우리 은하가 거의 우주 그 자체 만큼이나 오래된 것이라는 결론이 내려진 것이다. 아마 우리 은하의 나이는 132억년 정도 일 것이다.
다른 구상 성단을 이용한 연대 측정에서도 우리 은하의 나이는 134 ± 8 억년 정도로 측정 되었고, 현재 우리 은하계의 원반형 디스크 부위는 약 65 - 100억년 사이에 형성되었을 것으로 생각되고 있다.
5. 우리 은하의 중심핵
은하계 중심은 앞서 이야기 했듯이 과거에는 원형의 볼록한 부분 (Bulge) 로 생각되었으나 최근의 관측 결과는 은하 중심이 막대 모양인 막대 나선 은하라는 것이 확실시 되고 있다.
(나사에서 공개한 은하의 중심의 구조와 나선 팔의 구조를 그린 은하 지도. 이 은하지도에서 중심부의 은하 막대와 여기서 갈라져 나오는 2개의 거대한 나선팔의 존재를 확인할 수 있다. 즉 우리 은하는 막대 나선 은하다. 보다 자세한 원본 파일은 여기에서 : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/236084main_MilkyWay-full-annotated.jpg
This file is in the public domain because it was created by NASA.)
이 중심부의 은하 막대 (Galatic bar) 의 길이는 약 27000 광년으로 지구에서 보면 약 44 ± 10 도 정도 옆으로 기울어져 있다. (위의 그림에서 확인) 따라서 이전까지는 원형으로 생각되기도 했다. 이와 같은 새로운 관측 결과는 사실 태양이 은하 중심에서 이전 생각보다 가까이 있다는 것을 의미하기도 한다. 과거 에는 태양이 은하 중심(Central bulge)에서 3만 5천 광년 정도 떨어져 있다고 생각되었으나 지금은 은하 막대에서 약 26,000 ± 1,400 광년 떨어진 것으로 생각한다.
이 은하 중심에는 많은 적색 거성과 적색 왜성이 존재하고 있으며, 이들은 대부분 오래된 늙은 별들이다. 그리고 이들을 둘러싸고 있는 "5-kpc Ring" 이라는 거대 수소 가스로 이루어진 구조가 확인되었으며, 우리 은하에서 폭발적으로 별이 생성되는 가장 밝은 부분으로 밝혀졌다. 멀리서 우리 은하를 본다면 이 곳이 가장 밝게 빛나는 부분일 것이다.
(2MASS 적외선 망원경이 찍은 은하 중심부의 사진 - 그런데 원본 파일은 크기가 너무 커서 올라가지 않는다. 그러나 한번 링크를 따라가서 확인해 보시기 바란다. 링크에서는 꼭 사진을 확대해서 보시기를 권장한다. 화면에 꽉찬 별의 바다가 정말 환상적이다.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/11/Galactic_Cntr_full_cropped.jpg 에서 확인
This file has been (or is hereby) released into the public domain by its author, 2MASS/G. Kopan, R. Hurt. This applies worldwide)
한 편 우리 은하계의 중심 부위가 관심을 끄는 또다른 이유는 바로 거대 블랙홀의 존재이다. 과거 90년대 은하 중심에 거대한 질량을 지닌 초거대 블랙홀이 존재한다는 주장이 끊임없이 제기되었다. 이 초거대 질량 블랙홀이 존재하는 부위는 은하계의 중심인 궁수자리 A (Sagittarius A* ) 로 생각하고 있다.
궁수자리 A 는 은하 중심부위에 있는 강력한 전파원이다. 주변의 별과 가려지는 데다 너무 멀어서 가시 광선으로는 보이지 않지만 아마 이곳에 거대 블랙홀이 존재하는 것으로 생각된다. 대형 전파 망원경인 Very Long Baseline Interferometry (VLBI) 의 측정 결과는 지구에서 26000 만 광년 떨어진 이곳에 태양 질량의 431 ± 6 만배 정도 되는 초거대 질량 블랙홀이 존재할 것으로 예측했다.
이 은하 중심부위의 별들의 공전 속도를 계산해본 바로도 이 지역이 태양 질량의 400만배에 이를 것으로 판단되고 있기 때문에 아마도 은하 중심에 있는 것은 태양 질량의 400만배 정도되는 블랙홀일 것으로 생각된다.
(궁수자리 A (sgrA*) 의 전파 망원경 관측 모습 : This image was taken with NASA's Chandra X-Ray Observatory. This file is in the public domain because it was created by NASA)
이 궁수자리 A 전파원 (Sagittarius A*) 는 최근 관측 결과에 의하면 약 4400만 km 정도의 크기로 알려져 있으며 아마 여기에 초대형 블랙홀과 이 블랙홀로 빨려들어가는 물질이 이루고 있는 강착 원반이 있을 것으로 생각된다. 강착 원반 (Accretion Disk) 란 블랙홀 주변 으로 물질이 빨려들어가면서 그 중력과 조석작용에 의해 원반처럼 휘감기는 것을 뜻한다.
(은하 중심 블랙홀 (중심부분) 와 그 주변부의 원형 강착 원반의 컨셉 아트. 블랙홀의 자전축으로는 거대한 물질의 제트가 분사된다. This file is in the public domain because it was created by NASA.)
최 근에는 이 중심 블랙홀에 쌍성 처럼 동반 블랙홀이 있다는 주장도 제기 되었다. 이는 우리 은하가 과거에 작은 은하를 짐어 삼킨 흔적일지도 모른다는 주장이 제기되기도 했다. 실제 안드로메다 은하 중심의 관측에서도 비슷한 결론이 나왔기 때문에 이는 은하가 다른 은하와 합체된다는 중요한 증거가 될 수 있다.
6. 우리 은하계의 나선 팔
사 실 우리 은하계의 나선팔의 갯수를 세는 일도 쉽지 않은 일이다. 왜냐하면 거대한 은하중심에 의해 커다란 사각지대가 생기는데다. 우리가 그 안에 있기 때문에 전체적인 모습을 알기 어렵기 때문이다. 마치 우리 몸안에 박테리아가 평생 우리 몸안에 살아도 인간의 모습을 알기 어려운 것과 마찬가지다.
최 근까지 우리 은하는 4개의 나선 팔을 가진 것으로 생각되었다. 그러나 스피처 우주 망원경의 관측 결과에 의하면 실제로는 2개의 거대 나선 팔을 가진 전형적인 막대 나선 은하이며, 나머지 팔들은 이 2개에서 갈라져 나왔거나 혹은 존재가 다소 의심스러운 것으로 생각되고 있다.
(다시 한번 보는 은하지도 This file is in the public domain because it was created by NASA )
위 의 은하 지도에서 보듯이 중심 은하 막대에서 갈라져 나온 2개의 거대 나선 팔은 페르세우스 팔 (Perseus Arm) 과 방패 - 센타우로스 팔 (Scutum - Centaurus Arm) 이다. (가장 큰 글자로 되어 있는 부분) 나머지 작은 팔들은 작은 글씨로 써져 있다. 이보다 작은 마이너 팔들은 아주 작은 글씨다.
최 근에는 희미하긴 하지만 멀리 떨어져 있는 외각팔 (Outer Arm) 의 존재가 확인되었으나 정식 은하 나선 팔이라고 하긴엔 약간 빈약한 듯 싶다. 일단 이 4개의 팔과 외각팔을 합친 나선팔의 모식도는 다음과 같다. (위의 은하지도와 태양계 위치가 상하 반대이니 주의할 것)
(우리 은하계의 나선 팔 모식도 :
출처 : User:YUL89YYZ, User:Ctachme, Kevin Krisciunas, Bill Yenne: "The Pictorial Atlas of the Universe", page 145 (ISBN 1-85422-025-X) and µOR. CCL 에 따라 표시, 저자 표시, 복사 허용)
| 색깔 | 나선팔 |
|---|---|
| 청록 | 3 킬로파섹 팔 과 페르세우스자리 팔 (Perseus Arm) |
| 보라 | 직각자자리 팔 과 백조자리 팔 (Norma-Cygnus Arm) |
| 녹 | 방패-남십자자리 팔 (Scutum-Crux Arm) |
| 분홍 | 궁수자리 팔 (Sagittarius Arm) |
| 오렌지 | 오리온 팔 (Local Spur) |
각각의 나선 팔은 다음과 같다.
페르세우스 팔 (Perseus Arm)
: 이 페르세우스 팔은 10700 파섹의 반지름을 가진 (약 3만 5천 광년) 을 가진 우리 은하의 주 나선팔 2개 중 하나이다. 이 거대 나선 팔에서 나온 마이너 팔로 오리온 팔 혹은 local spur (국부 돌기) 가 있는데, 이것이 우리 태양계가 위차하는 곳이다. 그러나 이 오리온 팔이 페르세우스 팔에서 나왔다는 것은 완전히 확인된 건 아니다. 은하 중심 막대의 3Kpc 팔이 이 팔의 시작일지 모른다.
방패 - 남십자 혹은 방패 - 센타우로스 팔 (Scutum-Crux Arm or Scutum - Centaurus Arm)
: 역시 은하 중심 막대에서 갈라져 나온 이 주 나선팔이다. 이 일부는 은하 중심부가 가리는 사각지대이다. 페르세우스 팔과 더불어 현재는 우리 은하의 양대 주 나선팔(major spiral arm)로 생각된다.
직각자자리 - 백조자리 팔 (Norma - Cygnus Arm)
: 과거 우리 은하의 4대 팔 가운데 하나였던 이 나선팔은 은하 중심에 의해 가운데가 사각지대에 들어가 있으며 아마도 길게 퍼져서 외각 팔 (Outer Arm) 까지 연결되는 듯 하다.
궁수자리 팔 (Sagittarius Arm)
: 이 마이너 나선 팔과 페르세우스 팔 사이의 아마도 페르세우스 팔에서 갈라져 나온 가지인 듯한 오리온 팔이 존재한다.
여기까지 네개가 이전까지 은하의 4개의 나선 팔이었다. 그러나 새로운 관측 결과로 페르세우스 팔 (Perseus Arm) 과 방패 - 센타우로스 팔 (Scutum - Centaurus Arm)을 제외한 나머지 팔들은 다소 마이너 나선 팔로 생각된다.
오리온 팔 (Orion Arm)
: 이 작은 나선팔은 위의 4개 나선 팔이 은하의 4대 나선 팔로 인정받을 때도 마이너 나선 팔에 속했다. 길이는 약 10000 광년 정도에 폭은 3500 광년 정도 퍼져있다. 앞서 이야기 했듯이 주 나선팔에서 갈라져 나온 가지 같다는 의견도 있는데, 아직 확실하지는 않아 보인다. 이 팔이 크기가 작아도 잘 알려진 중요한 이유는 태양계가 속해 있고, 따라서 관측이 용이하기 때문이다.
외각 팔 (New Outer Arm)
: 이 새로운 나선팔은 아주 희미하고 별도 별로 없는 나선팔이다. 은하 중심으로부터 거리가 60,000광년, 길이가 77,000광년인 이 나선팔은 주로 가스와 먼지로 구성되고 별은 별로 없어 공식적은 나선 팔로 인정받지는 못했다.
출처 : Wiki/NASA
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