‘위성은하’ 새로운 특성 발견…CD처럼 한 방향으로 회전

지구에서 1500만 광년 떨어진 센타우루스 알파. 최근 그 주위를 도는 위성은하의 위치와 움직임을 연구한 결과 기묘하게 한 평면상에 위치한 채 일정한 속도와 방향으로 공전한다는 사실이 밝혀졌다. 윤신영기자 ashilla@donga.com

지구에 달이라는 위성이 있듯 거대한 은하 주변에도 작은 ‘위성은하’가 있다. 태양계가 속한 우리은하에도 대마젤란성운과 소마젤란성운 등 약 20~30개의 위성은하가 존재한다. 그런데 최근 이런 위성은하가 거대 은하를 중심으로 마치 CD 표면처럼 판 모양의 공간에 퍼져 존재하며 심지어 진짜 CD처럼 한 방향으로 일정하게 회전하고 있다는 사실이 새롭게 밝혀졌다.

올리버 뮐러 스위스 바젤대 물리학과 연구원이 이끄는 연구팀은 지구에서 가장 가까운 은하의 위성은하들을 관측한 뒤 움직임을 분석해 이런 사실을 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 사이언스 1일자(현지시간)에 발표됐다.

연구팀은 지구에서 빛의 속도로 약 1500만 년 가야 하는 거리에 위치한 센타우루스 알파 은하 주변의 위성은하를 관측했다. 센티우루스 알파는 모두 16개의 위성은하를 지니고 있는데 이들의 위치와 속도를 3차원 공간 위에 표현해 각각의 움직임을 분석했다. 연구팀은 그 가운데 14개가 하나의 평면상에 놓여 있음을 알 수 있었다.

더구나 센타우루스 알파를 중심으로 위성은하 절반은 지구에서 볼 때 멀어지는 움직임을 보였고, 절반은 가까워지는 움직임을 보였다. 즉 센타우루스 알파 은하를 중심에 두고 위성은하들이 마치 선풍기 날개처럼 일정한 속도로 회전하고 있다는 뜻이다. 날개를 옆에서 보면 일부는 멀어지고 일부는 가까워 보이는 것과 같은 원리다.

우주와 은하의 탄생을 설명하는 현재의 표준 우주 모형에 따르면 위성은하들은 거대 은하 주변에 구 형태의 분포를 보이며 흩어져 있어야 한다. 연구팀의 관측 결과는 기존 이론으로 설명이 불가능하다. 연구팀이 센타우루스 알파의 위성은하 배열과 움직임이 나타날 확률을 계산했는데 0.5% 미만이라는 사실을 알아냈다. 기존 이론이 틀릴 가능성이 높아진 것이다.

연구팀은 이처럼 분포 형태가 다른 원인을 ‘암흑물질’에서 찾았다. 암흑물질은 강한 중력을 발생시켜 주변 물질을 끌어들이고 별과 은하를 만든 미지의 물질이다. 눈에 보이지 않고 관측도 안 되지만, 거대한 힘으로 사실상 우주의 ‘골격’을 이루고 있어 암흑물질이라고 불린다. 뮐러 연구팀은 “기존 이론에 따르면, 암흑물질이 공처럼 뭉친 뒤 물질을 끌어 모아 은하와 위성은하를 만들었고 그래서 위성은하도 공 모양으로 분포해야 했다”며 “하지만 새 관측 결과를 설명하려면 암흑물질이 공 모양이 아니라 거대한 띠 모양의 우주 구조를 먼저 만들고 그 안에 물질이 (마치 빨랫줄에 빨래가 걸리듯) 모여 은하가 탄생했다고 봐야 할 것”이라고 말했다.

윤신영 동아사이언스기자 ashilla@donga.com