우주 이야기 446 - 우리 은하 중심부를 보다

(An infrared and multi-wavelength image of the Central Molecular Zone in the Milky Way. Dense gas is shown in red, and warm and cold dust in green and blue respectively. Several key objects in the region are labeled, along with a set of embedded young stellar clusters seen at 24 microns. Credit: C. Battersby )​

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 지구에서 봤을 때 궁수자리 방향 (constellation of Sagittarius)으로 2만 7천 광년 떨어진 지점에 우리 은하의 중심부가 위치하고 있습니다. 여기에는 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 존재합니다. 하지만 당연히 블랙홀 혼자만 덩그러니 있는 것은 아닙니다. 이 지역은 은하에서 가장 물질의 밀도가 높은 지역으로 많은 가스와 먼지, 그리고 별이 함께 존재합니다.

 천문학자들은 이 지역의 구조를 밝히기 위해서 많은 노력을 해왔지만, 높은 밀도의 가스와 먼지 때문에 가시광 영역에서의 관찰은 한계가 있습니다. 따라서 이전부터 X 선이나 전파 망원경을 이용한 연구가 많이 진행되었습니다.

 하버드 스미스소니언 천체물리학 연구소의 카라 배터스비를 비롯한 천문학자들(CfA astronomers Cara Battersby, Dan Walker, and Qizhou Zhang)은 호주에 있는 모프라 전파 망원경을 통해서(Australian Mopra radio telescope ) Central Molecular Zone (CMZ)으로 알려진 우리 은하의 중심부를 관측했습니다.

 은하 중심 거대 블랙홀 주변에는 8광년 정도 크기의 안쪽 고리가 존재하며 여기에는 고밀도의 가스와 수천 개의 별이 블랙홀 주변을 공전하고 있습니다. 블랙홀의 강착 원반은 그보다 훨씬 안쪽에 존재합니다. 안쪽 고리 밖에는 대략 700광년 지름의 높은 밀도의 가스와 물질이 존재하는데 이를 중앙 분자 지역(CMZ)라고 부르고 있습니다.

 CMZ는 크기로 봤을 때는 은하의 극히 일부에 불과하나 은하계 전체 가스의 8%까지 가지고 있는 고밀도 지역입니다. 수천만개의 태양을 만들 수 있는 충분한 가스가 존재하나 초속 수백 km 에 달하는 빠른 속도로 인해서 상당수 가스들이 뭉처셔 별이 되기보다는 그냥 가스의 형태로 주변을 공전하고 있습니다. 이는 물론 블랙홀과 그 주변 지역의 강력한 중력 때문이죠.

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 연구팀은 CMZ의 구조를 연구하기 위해서 HNCO, N2H+, HNC 같은 분자의 파장을 조사했습니다. CMZ는 쉽게 생각하면 블랙홀의 강력한 중력에 의해 그 주변을 공전하는 가스라고 생각할 수 있지만, 실제로는 그보다 더 복잡한 문제가 있습니다. 과학자들은 이전 연구를 통해서 블랙홀의 위치가 정확히 CMZ의 중앙이 아니라는 사실을 발견했는데, 이유는 알 수 없지만 이번 연구에서도 같은 결과가 나왔습니다.

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 동시에 CMZ의 물질 분포는 정확히 원형이 아니라 마치 나선으로 된 팔을 지닐 가능성도 있으며 이전에 초신성 폭발과 연관된 것 같은 껍질 같은 구조도 존재합니다.

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 블랙홀 주변이 어떻게 생겼는지는 현재도 계속적인 연구가 이뤄지는 부분입니다. 하지만 은하 중심 블랙홀은 최소한 영화 인터스텔라를 비롯해서 다른 블랙홀을 소재로 삼는 SF영화와는 판이하게 다르게 생겼습니다. 그 주변부 역시 마찬가지죠. 사실 우주선을 타고 CMZ 를 넘는 일도 쉽지 않을 것이고 안쪽 고리까지 통과했다손 치더라도 강착 원반에서 파괴될 가능성이 매우 높습니다.

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 아무튼 영화와는 다르지만 과학자들은 블랙홀과 그 주변 환경을 연구하기 위해 노력하고 있습니다.

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 참고

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  J. D. Henshaw et al. Molecular gas kinematics within the central 250 pc of the Milky Way,Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2016). DOI: 10.1093/mnras/stw121                                        

  http://phys.org/news/2016-02-milky-central-molecular-zone.html#jCp