우주 이야기 1623 - 우주 초기 움직이지 않는 거대 은하

 

(XMM-VID1-2075 (left panel), shows minimal difference in color, suggesting little to no rotation. Credit: Forrest et al/Nature Astronomy)

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우리 은하는 대략 2억 년에 한 번 정도 자전합니다. 우리 태양계는 고유한 방향으로 은하계 내를 이동하지만, 역시 이 움직임에 따라 은하계의 다른 별과 함께 은하 중심을 공전하게 됩니다. 이렇게 은하가 도는 이유는 은하계의 가스와 물질이 중력에 의해 안으로 뭉치면서 회전 에너지가 중심부로 전해지기 때문입니다. 각운동량 보존 법칙에 의해 팔을 안으로 모으면서 회전하는 피겨 선수처럼 은하계 역시 진화하면서 자전 속도가 빨라지는 것이 일반적입니다.

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이런 일반적인 은하계의 진화는 은하 충돌에 의해 변화될 수 있습니다. 충돌 방향이나 질량에 따라 은하계의 회전 속도는 더 빨라질수도 있지만, 멈출 수도 있는 것입니다. 최근 과학자들은 우주 초기 대형 은하에서도 이런 일이 발생했다는 사실을 포착했습니다.

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캘리포니아 대학의 벤 포레스트 (Ben Forrest, Department of Physics and Astronomy, University of California, Davis)와 동료들은 제임스 웹 우주 망원경 (JWST)를 이용해 빅뱅 직후 18억 년 후 은하인 XMM-VID1-2075를 관측했습니다.

이 은하는 우주 초기에 형성되었음에도 불구하고 우리 은하보다 몇 배 큰 대형 은하입니다. 하지만 더욱 놀라운 부분은 거의 움직이지 않는다는 것입니다. 이렇게 큰 은하는 당연히 많은 물질이 중앙부로 중력에 의해 떨어지기 때문에 회전 속도가 빨라질 수밖에 없습니다. 하지만 뭔가 다른 이유로 인해 속도가 떨어진 것으로 보입니다.

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가장 가능성 높은 설명은 다른 은하와의 충돌입니다. 실제 관측 결과를 보면 표면 밝기가 불균일한 모습을 지니고 있으며 한쪽으로 치우친 빛 과잉 역시 관측됩니다. 이는 반대 방향으로 회전하던 다른 은하와의 충돌로 각운동량이 상쇄되었을 가능성을 강하게 시사하는 대목입니다.

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우주 초기에는 지금보다 우주의 밀도가 높고 은하간의 거리가 가까웠기 때문에 은하 간의 충돌 역시 자주 발생했을 것입니다. XMM-VID1-2075는 초기 은하의 충돌이 은하의 움직임에 어떤 변화를 가져오는지 보여주고 있습니다. 물론 더 장기적으로 봤을 때 충돌 후 은하 내부가 정리되면 역시 내부로 물질이 뭉치면서 다시 회전하기 시작할 것입니다. 그리고 먼 훗날에는 우리가 흔히 보는 안정된 대형 은하의 형태로 진화할 것입니다.

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참고

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https://refractor.io/space/jwst-galaxy-early-universe/

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Forrest, B., Muzzin, A., Marchesini, D. et al. A massive and evolved slow-rotating galaxy in the early Universe. Nat Astron (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-026-02855-0