우주 이야기 324 - 초속 3000km 과속 은하 발견

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 우주에 있는 천체들은 가만이 제자리에 있지 않습니다. 다른 천체를 기준으로 봤을 때 모두 고유한 속도로 움직이고 있죠. 그런데 이 중에서 유독 빠르게 움직이는 것들이 있습니다.  천문학자들은 이 과속 별들을 HVS(HyperVelocity Star)로 분류해습니다. 

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 이런 별 가운데는 초속 500km에서 1,000km가 넘는 엄청난 속도로 움직이는 별도 존재합니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2015/03/Fastest-Star-in-milky-way.html 참조) 천문학자들은 엄청난 질량을 가진 별을 이 정도로 빠르게 움직이는 힘은 은하 중심 거대 블랙홀이나 혹은 초신성 폭발 같은 경우에 생길 수 있다고 보고 있습니다.

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 그런데 최근 과학자들이 별이 아니라 은하 전체가 고속으로 움직이는 경우를 발견했습니다. 그것도 하나가 아닌 11개의 달아나는 은하(runaway galaxies)가 동시에 발견되었고 합니다. 속도도 무려 초속 3000km에 달합니다.

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(초고속 은하의 탄생 가설. 기존에 있던 은하를 다른 은하가 대체하면서 본래 있던 은하가 튕겨져 나가게 된다. This schematic illustrates the creation of a runaway galaxy. In the first panel, an "intruder" spiral galaxy approaches a galaxy cluster center, where a compact elliptical galaxy (cE) already revolves around a massive central elliptical galaxy. In the second panel, a close encounter occurs and the compact elliptical receives a gravitational kick from the intruder. In the third panel, the compact elliptical escapes the galaxy cluster while the intruder is devoured by the giant elliptical galaxy in the cluster center. Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team ) ​

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 하버드 스미스소니언 천체물리 연구소의 이고르 칠린가리안(Igor Chilingarian)과 그의 동료들은 본래 작은 은하들을 연구했습니다. 작은 타원은하(compact elliptical galaxy, cE)들은 일종의 미니 은하로 그 크기가 구상 성단보다 약간 더 큰 정도에 지나지 않습니다. 작은 것은 수백 광년에 지나지 않을 만큼 작고, 우리 은하계와 비교할 때 보통 1,000분의 1 수준에 지나지 않은 크기입니다.

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 연구팀은 SDSS(Sloan Digital Sky Survey) 및 갈렉스(GALEX) 관측 위성 자료를 이용해서 200개 정도의 작은 타원은하를 연구했는데, 이 중에서 11개의 은하가 예상치 않게 매우 빠른 속도로 이동하는 것을 발견했습니다. 이들의 이동속도는 초속 3,000km에 달했습니다. 더욱이 놀라운 사실은 이 작은 타원은하들이 다른 큰 은하 주변을 공전하거나 은하단에 속한 대신 단독으로 빠르게 움직인다는 것입니다. 

 일반적으로 우주에서 우리 은하계 같은 큰 은하들은 주변에 작은 위성 은하들을 거느립니다. 반대로 작은 은하들은 단독으로 존재하기보다는 중력에 이끌려 큰 은하 주변을 공전하거나 적어도 은하군에 속한 경우가 많습니다. 그러나 이번에 발견된 은하들은 고속으로 움직일 뿐 아니라 홀로 이동했습니다. 

 연구팀은 이와 같은 은하가 존재할 수 있는 이유에 대해서 다음과 같은 가설을 세웠습니다. 일단 은하단 중심에 있는 큰 은하 주변을 공전하는 작은 은하가 있습니다. 이런 위성 은하들은 매우 흔하죠. 그런데 여기에 또 다른 은하가 큰 은하의 중력에 이끌려 다가옵니다. 

 만약 새롭게 등장한 은하가 작은 은하의 공전 궤도 중간에 끼어들면, 작은 은하는 중력의 상호 작용으로 밀려날 수 있습니다. 결국, 새로운 은하가 들어오면서 본래 있던 은하는 튕겨 나가 듯 빠져나가게 됩니다. 마치 '굴러온 돌이 박힌 돌 뺀다'라는 속담처럼 본래 있던 은하는 자신의 궤도에서 빠져나가면서 아주 빠른 속도로 움직이게 됩니다. (위의 그림 참조) 

 이와 같은 독특한 사건은 사실 흔하지는 않을 것입니다. 하지만 우주에 무수히 많은 은하들이 존재한다는 점을 생각하면 충분히 생길 수 있는 일이죠. 우주에는 분명 이보다 인간의 상상을 뛰어넘는 일도 많이 있을 것입니다. 우리가 더 많은 연구를 할 수록 더 많은 경이가 드러나겠죠.

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 참고     

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  Isolated compact elliptical galaxies: Stellar systems that ran away, Science 24 April 2015: Vol. 348 no. 6233 pp. 418-421. DOI: 10.1126/science.aaa3344

  http://phys.org/news/2015-04-astronomers-runaway-galaxies.html#jCp