우주 이야기 601 - 극도로 밀도가 낮은 은하의 비밀

(The ultra-diffuse faint galaxy, Dragonfly 17 is shown next to two other galaxies for comparison. The large spiral galaxy, the Andromeda galaxy is shown on the left and the elliptical dwarf galaxy, NGC 205 is shown higher up in the image, while the diffuse ultra-faint dwarf galaxy, Dragonfly 17 can be seen to the right. Credit: Schoening/Harvey/van Dokkum/Hubble Space Telescope)

 우리는 보통 은하라고 하면 안드로메다 은하나 우리 은하 같은 나선 은하를 먼저 떠올리기 마련입니다. 하지만 은하 가운데 가장 흔한 것은 작고 불규칙한 모양을 지닌 왜소 은하들입니다. 하지만 왜소 은하라고 해서 다 비슷비슷한 구성으로 되어 있는 것도 아닙니다. 우주가 넓은 만큼 여기에는 매우 다양한 은하가 존재합니다.

 그 가운데 아주 독특한 은하가 바로 밀도가 극도로 낮은 왜소 은하입니다. 이 은하의 밝기는 다른 왜소 은하와 다르지 않지만, 그 크기는 우리 은하 같은 대형 은하에 견줄만한 정도입니다. 당연히 별의 밀도는 매우 낮아서 어떤 경우는 1000분의 1에 불과한 경우도 있습니다. 왜 이렇게 별이 흩어져서 존재하는 것일까요? 

 이 미스터리를 밝히기 위해서 코펜하겐 대학 닐 보어 연구소(Niels Bohr Institute at the University of Copenhagen)의 과학자들은 뉴욕 대학의 연구자들과 함께 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 100개의 가상 은하를 만들었습니다. 그 결과 은하가 생성되는 과정에서 초신성 폭발이 다수 일어날 경우 은하에 있는 물질은 물론 암흑물질까지 넓게 퍼지면서 매우 밀도가 낮은 은하가 형성되는 것으로 나타났습니다. 

(A visualization of the stellar distribution in simulated ultra-diffuse galaxies. The galaxies are just as faint as dwarf galaxies, but are distributed over an area just as large as the Milky Way. New research shows that if there are a lot of supernovae during the star formation process, it can result in the stars and the dark matter in the galaxy to be pushed outwards, causing the extent of the galaxy to expand. The fact that the galaxy is spread over a larger area means that it becomes more diffuse and hard to observe with telescopes. The picture shows two simulated Ultra-Diffuse galaxies, over imposed on a Hubble Space Telescope image of background galaxies. Credit: Arianna Di Cintio, Chris Brook, NIHAO simulations and HST)

 하지만 이 설명은 그러면 왜 초기 은하 생성과정에서 초신성 폭발이 자주 발생했느냐는 또 다른 질문을 낳습니다. 이 부분은 확실치 않지만, 초창기 우주에서 은하의 생성 및 진화 과정이 은하마다 매우 다르다는 사실을 시사하는 부분입니다. 

 아무튼 이 은하들은 별의 밀도가 매우 희박한 만큼 크기에 비해 매우 어두워 밤하늘의 유령이나 다를 바 없는 존재들입니다. 넓게 퍼진 만큼 가스의 밀도가 낮아 별이 생성되기 더 어려우며 질량의 대부분은 암흑물질이 차지하고 있습니다. 그 존재 역시 최근 관측을 통해서 드러난 은하입니다. 

 앞으로 이 은하의 비밀을 밝히기 위한 연구가 계속되어야 할 것 같습니다. 

 참고 

Arianna Di Cintio et al. NIHAO XI: Formation of Ultra-Diffuse Galaxies by outflows, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (2016). DOI: 10.1093/mnrasl/slw210 

http://phys.org/news/2016-11-mystery-ultra-diffuse-faint-galaxies.html