쌍 은하가 타원은하로 진화한다

밤하늘을 아름답게 수놓는 은하는 각양각색의 모습을 띠고 있다. 1610년 갈릴레이가 망원경으로 처음 관측한 뒤, 오랫동안 세계 각국에서 그 형성 과정을 밝히려는 노력을 계속해 왔지만 확실하게 밝혀진 사실은 그리 많지 않다.

다만 두 은하가 물리적으로 합쳐져 더 큰 은하가 되거나 나선은하가 타원은하로 진화할 것이라는 정도의 이론이 알려졌을 뿐이다. 최근 한국고등과학원 물리학부 박창범 교수는 은하가 진화하는 과정과 환경을 밝힐 실마리를 찾는 데 성공했다.

○ 망원경 이용한 세계 최대 규모 하늘탐사

은하는 생성 초기 조건에 따라 나선은하나 타원은하가 될 수도 있다.

박 교수는 ‘슬론 디지털 스카이 서베이(SDSS)’가 수집한 은하 분포를 분석한 결과 일정 거리에서 쌍을 이룬 은하들이 타원은하로 진화한다는 결과를 얻었다.

SDSS란 전용망원경을 통해 지구에서 30억 광년 이내 우주를 관측하는 세계 최대 규모의 전천(全天) 탐사 프로젝트.

연구팀은 SDSS가 수집한 40만 개의 은하와 환경을 분석한 결과, 외톨이 은하들 가운데 쌍을 이루고 있는 은하들에서 타원은하가 더 많이 발견된다는 사실을 알아냈다.

이는 은하가 다른 은하와 쌍을 이루면서 서로 밀치고 당기는 힘이 생겨 내부 가스가 빨리 소진해버렸기 때문. 이런 경우 은하들은 굳이 다른 은하와 합쳐지지 않고서도 타원은하로 바뀔 수 있다.

박 교수는 “은하 중심부 사이 거리가 90만 광년 떨어져 있는 쌍 은하가 타원은하 탄생의 최적 환경임을 처음으로 밝혀낸 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 고등과학원 주최로 22∼24일 서울대에서 열린 SDSS 국제학술대회에서 소개됐다.

나선은하들이 합쳐져 타원은하를 형성한다는 이론은 알려져 있었지만 실제 과정이 밝혀진 것은 이번이 처음이다.

이처럼 은하 형성 과정의 신비가 본격적으로 풀리기 시작한 것은 2000년대 들어 대규모 우주관측 사업을 시작하면서부터. 그 중심에 SDSS가 있다.

현재 미국 뉴멕시코 주 새크라멘토 산맥 남쪽 끝자락 아파치 포인트 천문대에는 SDSS 전용망원경이 설치돼 연중 하늘을 관측하고 있다. 최소 은하 100만 개, 퀘이사 10만 개를 관측하는 것이 목표다. 한국 역시 2004년부터 이 사업에 동참하고 있다.

○ 별빛 굴절되는 ‘중력렌즈’효과 집중 발견

한편 이번 학회에서는 ‘중력렌즈에 굴절된 퀘이사’를 대거 관측한 결과도 소개됐다.

퀘이사란 은하 중심부에 있는 초대형 블랙홀로 물질들이 빨려들면서 센 빛을 내는 특이 천체. 중력렌즈는 질량이 큰 천체가 빛을 휘게 만들어 원래 빛이 천체를 돌아 나오는 현상을 말한다. 중력렌즈 주위를 지나는 퀘이사는 빛이 굴절되면서 2개 이상의 빛으로 보이게 된다.

일본 도쿄대 천문연구소 이나다 나오히사 박사팀은 중력렌즈에 영향을 받는 퀘이사 17개를 더 발견했다고 발표했다.

실제로 이들 퀘이사의 스펙트럼을 분석한 결과 여러 개 빛이 같은 광원에서 나온 것임이 확인됐다. 이나다 박사팀은 SDSS 탐색 자료를 토대로 중력렌즈에 영향을 받을 것으로 추정되는 70여 개의 퀘이사 가운데 지금까지 27개를 찾아냈다.

박근태 동아사이언스 기자 kunta@donga.com