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우주 이야기 1032 - 은하단 사이의 거대한 가스 다리


(X-ray Image, Labeled. Credit: NASA/CXC/SAO/V.Parekh, et al)

(Radio Image, Labeled. Credit: NASA/CXC/NCRA/GMRT)


 은하단은 우주에서 가장 큰 천체 중 하나입니다. 수천개 이상의 은하가 중력에 의해 하나로 묶여 있어 엄처난 크기와 질량을 지니고 있습니다. 그러나 큰 덩치에도 불구하고 은하단 역시 별과 은하처럼 계속해서 움직이는 존재입니다. 그리고 은하와 마찬가지로 종종 은하단 끼리 충돌을 일으키고 합체됩니다. 


 지구에서 12억 광년 떨어진 아벨 2384 (Abell 2384)은 이런 거대 은하단 충돌을 보여주는 사례로 최근 나사의 찬드라 X선 위성과 유럽 우주국의 XMM-Newton, Giant Metrewave Radio Telescope 에 의해 상세한 관측이 이뤄졌습니다. 여러 파장에서 관측된 아벨 2384의 모습은 우주에서 가장 큰 충돌 사고인 은하단 충돌의 세부적인 모습을 보여주고 있습니다. 


 사실 은하단이 서로 충돌하더라도 은하 사이 공간이 많기 때문에 은하 끼리 충돌하는 경우는 많지 않습니다. 은하끼리 충돌해도 별이 충돌하는 경우가 많지 않은 것과 동일합니다. 하지만 은하 사이에 존재하는 가스는 물론 은하 내부 가스도 중력에 의해 이동하면서 거대한 가스 이동과 충격파가 관찰됩니다. 


 아벨 2384는 두 개의 은하단이 충동하면서 수백만 광년에 달하는 은하단 사이의 가스 다리(gas bridge)와 충격파가 관찰됩니다. 충돌을 통해 두 은하단이 서로 스쳐 지나가면서 중력에 의해 가스를 잡아당겨 두 은하단 사이의 가스 다리가 생긴 것입니다. 




(동영상) 


 흥미로운 부분은 아래쪽 은하단에 강력한 제트를 분출하는 거대 질량 블랙홀이 있어 은하단 사이의 다리에 가스를 제공하고 있다는 사실입니다. 이 블랙홀이 은하 충돌의 결과로 이렇게 활동성이 커졌는지 아닌지는 모르겠지만, 은하단 전체의 밝기에 영향을 줄 정도로 수백만도에 달하는 고온 입자를 뿜어낸다는 사실이 흥미롭습니다. 


 참고로 가스 다리의 크기는 300만 광년에 달하고 그 질량은 태양의 6조배에 달합니다. 블랙홀에서 뿜어 나오는 고온 가스의 에너지 방출은 120만 광년까지 뻗어 있습니다. 아벨 2384 자체의 질량은 태양의 260조 배에 달합니다. 그 중력은 엄청나기 때문에 결국 두 은하단은 다시 충돌을 거쳐 최종적으로 합체될 것으로 예상됩니다. 


 이 과정에서 나오는 가스의 밀도는 사실 매우 희박해서 실질적으로는 진공에 매우 가까운 상태입니다. 하지만 그 온도가 섭씨 수백만도에 달하는 뜨거운 가스로 X선 영역에서 쉽게 관측이 가능합니다. X선 천문학은 X선을 통해 의사가 환자의 몸을 들여다보듯 천체의 속살을 들여다보고 있습니다. 


 참고 


V Parekh et al. A rare case of FR I interaction with a hot X-ray bridge in the A2384 galaxy cluster, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2019). DOI: 10.1093/mnras/stz3067
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