은하들은 얼마나 큰가?

은하는 크기와 질량이 다양하다. 가장 작은 은하는 1000만 ~ 1억 개의 별들을 가지지만 큰 은하들은 수조 개의 별들을 포함한다. 우주에는 큰 은하보다 작은 은하들이 훨씬 많다. 우리은하는 적어도 1000억 개 이상의 별들을 가지는데, 큰 은하 쪽에 속한다. 우리은하 원반의 지름은 약 10만 광년이다. 왜소 은하란 무엇인가 왜소 은하는 그 이름에서 알 수 있듨이 최소의 질량과 별을 포함한 은하다. 우리은하 주변을 도는 대마젤란성운은 큰 왜소 은하로 본다. 이 은하는 많아야 10억 개의 별들을 가지고 있다. 큰 은하와 마찬가지로 왜소 은하도 다양한 형태로 나타난다. 여기에는 왜소 타원, 왜소 회전 타원체 그리고 왜소 불규칙 형태의 은하들이 있다는 것이다. 우리는 관측을 통해 은하들이 우주에 고르지 않게 분포되어 있다는 사실을 알게 되었다. 은하들은 일정한 거리로 떨어져 있는 것이 아니라, 수백만 광년 길이의 거대한 필라멘트나 시트 모양의 구조를 이루며 모여 있다. 이러한 필라멘트나 시트는 밀집된 은하들의 마디에 연결된다. 결과적으로 우주 안 물질의 3차원적 거미줄 같은 분포를 이루어 우주망 이라는 별칭이 붙었다. 필라멘트와 시트 사이는 상대적으로 거의 은하가 없는 커다란 빈 주머니와 같은데, 이런 지역을 거대 공동이라고 부른다. 은하들이 거미줄 같은 형태로 분포하는 이유는 무엇이 있을까 137억 년 전의 초기 우주에서 물질과 에너지의 작은 요동이 시작되었다는 전제를 바탕으로 한 이론적인 계산은 수십억 년에 걸친 중역 상호작용을 통해 이러한 거미줄 구조의 형태가 나타났음을 보여준다. 전산 천체물리학자들은 우주배경복사에서 관측된 요동을 시뮬레이션하여 물질의 초기 분포를 보여주는 모델을 만들어냈다. 그리고 이를 기반으로 몇십억 년 후에 어떤 일이 일어날지를 분석했다. 이 모델은 통계적으로 현재의 우주와 아주 비슷한 결과를 만들었다. 은하군이란 무엇일까?

은하군은 통상적으로 우리은하 크기나 그 이상인 크기의 은하들을 두 개 이상 포함하고, 10여 개 이상의 작은 은하들을 포함한다. 우리은하와 안드로메다은하는 국부 은하군에서 가장 크다. 국부 은하군에는 수십 개의 작은 은하들이 있다. 여기에는 대소 마젤란성운과 M32, M33 그리고 많은 왜소 은하들이 포함된다. 국부 은하군의 크기는 수백만 광년 정도다. 그리고 은하단은 하나의 중력장 아래 있는 은하들의 거대한 집단이다. 큰 은하단은 통상적으로 우리은하 크기의 은하를 적어도 열 개 이상 갖고, 수백 개에 달하는 작은 은하들을 가지고 있다. 큰 은하단의 중심에는 'cD' 은하라 불리는 타원 은하 그룹이 있다. 은하단은 보통 1000만 광년 이상의 크기를 갖는다. cD은하는 큰 은하단의 중심에 보이는 거대한 타원 은하다. 천문학자들은 작은 은하들이 서로 충돌하여 하나의 거대한 은하로 통합되어 생겨났다고 생각한다. 처녀자리 은하단 중심에 있는cD 은하들은 모두 우리은하보다 몇 배나 질량이 더 크며 1조 개의 별들을 포함한다. 우리은하는 처녀자리 은하단 가까이 있지만, 이 은하단의 구성원은 아니다. 이 은하단은 처녀자리 초은하단 중심 가까이 있다는 것이다. 그리고 초은하단이 있는데 초은하단은 가장 큰 질량 덩어리의 집합체다. 이들은 우주 연결망의 수많은 물질 필라멘트의 연결점에서 나타나며, 크기는 1억 광년 이상이다. 초은하단에는 일반적으로 많은 은하단이 있거나, 아주 커다란 은하단 하나가 가운데 존재하고 주위에 많은 무리의 은하들이 초은하단의 중력장 안에서 뭉치는 형태를 띤다. 초은하단은 추천에서 떄로는 수백만 개에 이르는 은하들을 포함한다. 우리은하는 처녀자리 초은하단의 변두리에 존재한다. 장 은하는 인접한 은하가 아예 없거나 거의 없는 은하를 일컫는다. 많은 장 은하가 실제로 작은 은하 군에 속해 있지만, 은하들이 풍부한 은하단에 속해 있는 은하에는 장 은하가 없다. 천문학자들은 대다수의 은하들, 다시 말해 약 90%에 달하는 우주의 은하들이 장 은하일 것으로 보고 있다. 이는 은하들의 환경에 따라 다르다. 장 은하와 그룹 은하 중에는 나선 은하들이 타원 은하들보다 훨씬 흔하다. 하지만 큰 은하단에서는 그 반대다. 흥미롭게도 우주의 역사를 거슬러 올라갈수록 불규칙 은하와 특이 은하들이 더 흔해진다. 우주 역사상 어느 대나 우리은하처럼 밝고 큰 은하보다는 흐릿하고 왜소한 은하들이 항상 더 많았다. 은하수는 우리가 속해 있는 은하다. 이 은하는 태양을 비롯해 적어도 1000억 개 이상의 별들을 포함한다. 어떤 측정 결과들은 별들의 수가 5000억 개에 이른다고 하기도 한다. 우리은하는 성간 먼지가 섞인 10억 개 이상의 태양 질량에 해당하는 자유로이 떠다니는 성간 가스와 수백 개의 성단이 수백 내지 수백만 개의 별들을 포함하고 곳곳에 있다. 우리은하를 어째서 은하수라고 부르는가

막대 나선 은하는 은하 안 대다수의 별을 포함하는 은하 원반과 중심에 있는 막대 모양의 팽대부로 구성된다. 팽대부에는 높은 밀도로 별들이 모여 있다. 직후의 밤하늘을 보면 은하 원반은 하늘 전체를 가로질러 가듯 채운다. 맨눈으로 이 광경을 보면 반짝이는 무수한 별들로 이루어진 큰 빛줄기가 하늘을 가로지르는 것처럼 보인다. 고대의 중국 천문학자들은 이 광경을 보고 '은빛 강' 표현한 반면, 고대 그리스와 로마의 천문학자들은 '우유 길'이라고 불렀다. 이것이 영어로 번역되면서 '은하수' 되었다. 천문학자들이 우리가 은하 안에서 살고 있음을 깨달았을 때, 은하수는 이러한 별들의 집합을 일컬을 뿐 아니라 우리은하 전체를 가리키는 용어로 사용되었다.