우주 이야기 1671 - 별의 거의 없는 은하

 (클라우드-9을 포함하는 영역의 컬러 그리 밴드 합성 이미지입니다. SDSS 이미지와 클라우드-9을 중심으로 확대된 HiPERCAM 초심층 이미지가 함께 표시되어 있습니다. HiPERCAM 시야 바로 바깥쪽 왼쪽 하단에 위치한 밝은 별 HD 111859(V=8.09 등급)에서 산란된 빛이 초심층 이미지의 왼쪽 하단 모서리에 영향을 미치고 있습니다. 출처: arXiv (2026). DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2608.20911)

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우주에 있는 별과 은하, 그리고 비록 별은 이루지 못했지만, 희박한 성간 가스 등 우주의 물질들은 우주의 물질과 에너지 총량의 5%에 지나지 않습니다. 이보다 5배가 더 많은 26.8%가 사실 눈에 보이지도 않고 과학자들도 그 정체를 모르는 암흑 물질입니다. 비록 직접 관측은 어렵지만, 과학자들은 암흑물질이 없으면 은하나 은하단이 현재 형태를 유지할 수 없기 때문에 그 존재를 확신하고 있습니다.

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그런데 현대 우주론의 표준 모델인 람다 차가운 암흑물질(Lambda Cold Dark Matter, ΛCDM) 모델에서는 우주에 수많은 소규모 암흑물질 덩어리(clumps)가 존재할 것이라고 예측하고 있습니다. 이는 우주에 가스를 포함하고 있지만 별을 형성하지 못한 작고 질량이 작은 은하가 다수 존재할 것이라는 의미입니다. 암흑물질의 중력적 포획으로 인해 가스(수소)는 모여들지만, 우주 배경의 자외선 복사(퀘이사 및 별에서 방출되는 에너지)가 가스의 냉각을 방해하여 별이 형성되는 것을 막기 때문입니다.

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이런 은하들을 "암흑 은하" 또는 "별 없는 은하(Starless Galaxy)"라고 하는데, 빛나는 별이 없어 실제 관측은 어렵습니다. 다만 암흑 은하를 실제로 발견한다면 표준 우주론의 핵심 예측을 확인할 수 있어 그전부터 많은 관측 시도가 이뤄졌습니다.

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이 가운데 클라우드-9(cloud-9)은 유력한 후보로 여겨져 왔습니다. 이 가스 구름은 나선 은하 M94 근처에 있으며, 약 4.66 메가파섹(약 1500만 광년) 떨어져 있습니다. 태양 질량의 100만 배 정도의 수소 가스를 포함하고 있는 것으로 추정되지만, 이전 조사에서는 뚜렷한 별이 발견되지 않아 별이 없는 은하로 여겨지지만, 오히려 완전히 없다는 걸 확인하는 일이 쉽지 않아 확인에는 실패했습니다.

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카나리아 제도 천체물리학 연구소의 이그나시오 트루히요(Ignacio Trujillo of the Institute of Astrophysics of the Canary Islands)가 이끄는 연구팀은 세계 최대 광학 망원경 중 하나인 그란 텔레스코피오 카나리아스(GTC)에 장착된 HiPERCAM이라는 고속 카메라를 사용하여 5개의 필터로 클라우드-9을 동시에 촬영했습니다. 연구팀은 2026년 6월 이틀 밤에 걸쳐 관측을 진행했습니다.

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희미하고 확산된 별 신호에 대한 감도를 극대화하기 위해 연구팀은 노출 사이에 카메라 방향을 체계적으로 이동시키고 배경을 빼기 전에 클라우드-9을 중심으로 하는 영역을 마스킹했습니다. 이를 통해 실제 별 방출이 처리 과정에서 실수로 제거되는 것을 방지했습니다. 관측 결과 g 대역에서 표면 밝기 한계는 제곱 아크초당 31.4등급에 달했는데, 이는 이전 조사에서는 볼 수 없었던 매우 희미한 별들을 감지하기에 충분한 수준입니다.

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이 초심층 관측을 통해 연구팀은 해당 천체의 중심부에서 별빛을 전혀 감지하지 못했습니다. 별빛이 감지되지 않음으로써 약 4,200광년 직경의 영역 내에 존재하는 별의 질량은 많아 봐야 최대 16,000 태양 질량에 불과하다는 결론이 나왔습니다. 이는 설령 별이 존재한다고 가정하더라도 별보다 최소 60배나 많은 가스가 있다는 것을 의미합니다. 사실상 별이 거의 없는 미니 은하라고 할 수 있습니다.

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이번 연구 우주론 모델의 가정을 뒷받침할 뿐 아니라 우주에 거의 암흑물질로 이뤄져 있고 약간의 수소 가스만 있을 뿐 별은 거의 없는 은하가 실제로 있다는 점을 보여주고 있습니다. 이런 은하는 수소 원자의 존재로만 확인할 수 있는데, 의외로 그 숫자가 생각보다 많을 가능성도 있습니다. 앞으로 관측을 통해 더 많은 후보들이 등장할 것으로 예상합니다.

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참고

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Ignacio Trujillo et al, Ultra-Deep imaging of the starless galaxy candidate Cloud-9, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2608.20911

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https://phys.org/news/2026-09-galaxy-stars-cloud-case.html

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