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우주 이야기 237 - 은하계를 탈출하는 과속 구상 성단



 구상성단 (Globular Cluster) 은 수만개에서 수백만개의 별이 중력으로 서로 뭉쳐있는 별의 집단으로 대개는 아주 오래된 별들이 모인 집단입니다. 우리 은하계에만 150 개 이상의 구상 성단이 존재하는데 이들은 우주 초기에 발생한 오래된 별들의 집단으로 종종 초기 우주의 골동품으로 여겨지기도 합니다. 따라서 구상 성단이라고 하면 대개는 오래되고 정적인 별들의 집단으로 여겨지게 마련이죠. 하지만 반드시 그런 것은 아니라는 증거가 하버드 - 스미소니언 연구소의 천문학자들에 의해 발견되었습니다.  


 하버드 - 스미소니언 천체물리학 센터의 넬슨 콜드웰 (Nelson Caldwell of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) 과 그의 동료들은 Astrophysics Journal Letters 에 발표한 논문에서 너무 빠른 속도로 이동해서 궁극적으로는 자신이 속한 은하계를 탈출해서 은하 사이 공간으로 나갈 운명인 구상 성단을 발견했다고 보고했습니다.  


 이들에 의하면 거대한 블랙홀을 가지고 있는 것으로 잘 알려진 대형 타원은하인 M87 은하에는 (이 은하는 적어도 수천개의 구상 성단을 가지고 있음) 아주 빠른 속도로 이동하는 구상 성단이 있다고 합니다. HVGC-1 (hypervelocity globular cluster) 라고 명명된 이 구상 성단은 연구팀이 수년간 M87 을 관측하던 중 우연히 발견한 것으로 애리조나에 있는 MMT 망원경으로 수백개의 구상 성단을 관측하고 그 속도를 측정하던 중 매우 빨리 움직이는 이 구상성단을 발견하게 되었다고 합니다. 그 속도는 지구에서 관측했을 때 시속 200 만 마일 (시속 320 만 km) 에 달합니다.  



(M87 은하에서 탈출하는 HVGC - 1 의 상상도. 실제로는 구상 성단에 비해 M87 은하가 압도적으로 큼. This artist's illustration shows the hypervelocity star cluster HVGC-1 escaping from the supergiant elliptical galaxy M87. HVGC-1 is the first runaway star cluster discovered by astronomers. It is fated to drift through intergalactic space. Credit: David A. Aguilar (CfA))  


(실제 HVGC - 1 의 모습  The runaway star cluster HVGC-1 (circled) in a photo from the Canada-France-Hawaii Telescope. The cluster is zooming toward us at a speed of more than two million miles per hour. Credit: CFHT )   



 이 정도면 과속에 걸려도 문제가 없을 정도의 속도가 되겠죠. 다만 우주에는 도로가 없기 때문에 과속 벌금을 내는 대신 자신이 있는 은하계에서 뛰쳐 나가게 됩니다. M87 은하는 수조개 이상의 별이 모인 초대형 은하계지만 이런 속도로 계속 움직일 경우 HVGC - 1 은 결국 미래에 M87 은하를 벗어나 은하 사이의 공간으로 들어가게 될 것으로 보입니다.  


 그런데 과연 어떤 힘이 이렇게 빠른 속도로 구상 성단을 가속했을까요 ? 적어도 수만개 이상의 별이 모인 구상 성단인 HVGC - 1 이 이렇게 빠른 속도로 움직이게 만드려면 일반적인 질량과 중력을 가진 물체로는 불가능합니다. 연구자들은 M87 은하 내부에 있는 거대한 블랙홀이 이 속도의 비밀일 것으로 생각하고 있습니다. 즉 태양 질량의 수십억배의 질량을 지닌 초대형 블랙홀 주변으로 끌려가던 구상 성단이 가까스로 흡수되는 운명을 피하고 대신 보이저 1/2 호 처럼 중력에 의해 가속되어 은하 밖으로 튕겨나가는 것이라는 설명입니다.  


 M87 은하는 아마도 여러개의 작은 은하들이 중력에 의해 합병되어 탄생한 초대형 은하로 여겨지고 있습니다. 그리고 그 과정에서 은하 중심 블랙홀은 여러차례 합체를 반복했을 것으로 생각됩니다. 연구팀은 HVGC - 1 의 존재가 어쩌면 M87 의 은하 중심 블랙홀이 하나가 아니라 2 개일 가능성을 시사한다고 보고 있습니다. 과거부터 이 은하 중심의 블랙홀은 엄청난 크기의 제트와 더불어 거대한 질량으로 인해 주목을 받았지만 5000 만 광년 이상 떨어진 거리와 은하의 거대한 크기로 인해 중심부 관측은 제한적으로만 이뤄졌습니다. 따라서 실제 내부 구조가 어떤지는 아직은 추정에 근거하고 있습니다.  


 아무튼 간에 초고속으로 은하를 탈출하는 HVGC - 1 은 사실은 구사일생으로 초거대 블랙홀에서 살아남은 생존자일지도 모릅니다. 앞으로는 정처없이 우주를 떠도는 신세가 되겠지만 아예 사라지는 것 보다는 그쪽이 더 나은 운명이겠죠. 은하 사이 우주 공간을 질주해도 수많은 별들이 함께 가는 만큼 외롭지는 않을 것 같습니다.  


 참고  






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