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우주 이야기 174 - X 선이 밝힌 은하 충돌



 X 선의 발견은 의학 분야에서는 아주 획기적인 사건이었습니다. 1895 년 빌헬름 뢴트겐 (Wilhelm Rontgen) 이 신비로운 미지의 방사선을 발견하고 X 라는 (잘 모른다는 뜻) 명칭을 붙였는데 이제는 누구에게나 친숙한 방사선이 되었습니다. 의학에서는 일반 X 선 촬영에서 CT, Fluoroscopy 에 이르기 까지 치료와 진단에서 없어서는 안되는 필수적인 도구로 자리잡았습니다. 


 X 선은 겉으로는 보이지 않는 뼈와 장기를 볼수 있게 도와주는 편리한 도구로 널리 사용되고 있지만 이것이 꼭 의학 분야에서만 이용되는 것은 아닙니다. 여러 비파괴 검사는 물론이고 우주를 탐사하는데 있어서도 X 선 영역 관측은 중요한 역할을 하고 있습니다. 그리고 최근 천문학자들은 X 선 영역 관측을 통해 가시광선 영역 관측에서는 볼 수 없었던 은하 충돌을 밝혀내는데 성공했습니다.


 지난 1999 년 발사되어 지금까지 X 선 천문학에 선두에서 활약하고 있는 나사의 찬드라 X 선 관측 위성 (Chandra X-ray Observatory)은 지구에서 약 6000 만 광년 정도 떨어진 외부 은하 NGC 1232 를 관측했습니다. 이 은하는 우리 은하와 비슷한 10 만 광년 너비의 나선은하로 최근 다른 은하와 충돌한 흔적이 남아있습니다. 


 가시광 영역 (아래 사진에서 위) 는 평범한 나선 은하의 모습을 보여줄 뿐이지만 X 선 관측 영역 (중간) 에서는 거대한 은하 충돌로 인한 섭씨 580 만도의 뜨거운 가스의 정체가 드러나고 있습니다. NGC 1232 는 수백만에서 1000 만년 정도 전에 자신보다 훨씬 작은 왜소 은하와 충돌한 것으로 보이며 이로 인해 발생한 뜨거운 가스는 X 선 영역 (0.01 - 10 nm 파장과 30 petahertz 에서 30 exahertz 주파수, 그리고 100 eV 에서 100 KeV 정도 에너지) 에서 활발하게 에너지를 내놓고 있습니다. 따라서 X 선 관측으로 그 전모를 밝힐 수 있는 것입니다.








(과거 왜소 은하와 충돌한 NGC 1232. 가장 위는 ESO 의 VLT 의 가시광 영역 관측 사진, 중간은 찬드라의 X 선 관측 사진, 가장 아래는 두 영역 관측 사진 합성. X-ray (Purple); Optical (Red, Green, Blue)  Credit :   X-ray: NASA/CXC/Huntingdon Inst. for X-ray Astronomy/G.Garmire, Optical: ESO/VLT  ) 




(설명 영상 ) 


 가시광 영역 관측과 더불어 X 선 관측 결과는 은하 충돌로 인한 충격파로 인해 별들이 생성된 흔적을 보여주고 있습니다. 일시적으로 충돌 충격에 의해 가스의 밀도가 높아지면 자체 중력으로 모이기 시작해서 새로운 별을 형성하게 됩니다. 일부 X 선 영역의 밝은 점들은 이런 역사를 설명해주고 있습니다.


 섭씨 580 만도 (5.8 MK) 에 이르는 뜨거운 가스들은 사실 그 밀도는 매우 낮은 편입니다. 그럼에도 범위가 넓기 때문에 (대략 7.25 kpc) 만약 팬케이크 처럼 골고루 넓게 퍼져 있다고 가정할 때 (2D 사진으로는 3차원적인 분포를 알기 어려워 정확한 크기와 질량을 추정하기 곤란) 그 질량은 태양 질량의 40000 배에 달할 것으로 보입니다. 


 과학자들은 이 은하에 과거 충돌한 왜소 은하가 아마도 우리 은하계가 속한 국부 은하단에 있는 평균적인 왜소 은하와 비슷한 정도 크기였던 것으로 생각하고 있습니다. 은하는 전체적으로 봤을 때는 서로 멀어지긴 하지만 가까이 있는 은하들은 서로 충돌하면서 크기를 키워나가게 됩니다. 과거 우리 은하에도 여러 왜소 은하가 삼켜졌던 것 같은데 과학자들은 6000 만년전 NGC 1232 가 다른 왜소 은하를 삼켰던 (충돌이라곤 해도 사실상 질량 차이를 생각하면 삼켜지는 수준) 역사를 X 선 관측을 통해 생생하게 재구성한 셈입니다. 


 X 선은 인간 사회에서 필요한 진단 검사나 비파괴 검사, 과학 연구 등에도 필요하지만 우주 스케일의 관측에도 많은 도움을 주고 있습니다. 겉보기로 알 수 없는 속사정을 들여다보는 도구라는 점은 천문학에서도 예외가 아닌 것 같습니다. 



 참고             


Journal Reference:

  1. Gordon P. Garmire. X-ray discovery of a dwarf-galaxy galaxy collision. The Astrophysical Journal, June 10th, 2013






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