은하수는 무엇인가?

현재의 측정으로 보았을 때 우리은하의 원반 지름은 약 10만 광년이고, 은하 원반의 두께는 약 1000광년이다. 우리은하 원반을 피자로 비유하면, 태양계는 중심에서부터 가장자리 빵까지 거리의 중간에 있는 아주 미세한 오레가노 반점에 해당한다. 우리은하의 막대-팽대부 구조는 약 3000광년의 높이와 약 1만 광년의 지름을 갖는다. 만약 은하수 안의 암흑 물질까지 고려한다면, 은하의 크기는 더 커진다. 현재의 측정을 기반으로 했을 때, 우리은하 중력장의 90%의 질량은 암흑 물질로 되어 있으며, 우리은하의 밝은 별들과 가스 그리고 먼지들은 100만 광년 이상의 거대한 구형의 암흑 물질의 중심에 놓였다고 볼 수 있다. 은하수 안에서 지구는 얼마나 빨리 움직이는가 지구는 은하 원반 속에서 은하 중심 주위를 거의 원에 가까운 궤도를 그리며 안정적으로 움직이고 있다. 최근의 측정에 의하면, 은하수 주위를 도는 지구의 궤도 속력은 초속 200km다. 이는 일반 항공기보다 거의 1000배나 빠른 소도다. 그런데도, 우리은하는 대단히 크기 때문에란 바퀴를 도는 데 약 2억 5000만 년이 걸린다. 우리는 은하수 전체를 볼 수 있을까? 우리가 밤하늘에서 볼 수 있는 별은 태양과 태양계의 모든 별을 포함한 우리 은하수의 일부분이다. 원래의 은하수, 다시 말해 우리 은하의 원반 부분은 계절과 시간에 따라 밤하늘에서 찾아볼 수 있다. 하지만 우리은하의 대부분은 지구에서 볼 수가 없다. 먼지 가스 성운들이 장애물이 되어 우리은하에서 우리에게 오는 대부분의 빛을 흩뜨리거나 차단하고 있다. 적외선이나 초단파, 전파천문학 기술을 이용하면 이러한 먼지 안개의 대부분을 뚫고 관측할 수 있다. 그러나 전체적으로 볼 때 적어도 은하수의 절반 이상의 별들과 가스는 우리 위치에서는 볼 수 없다. 은하수에 대한 초기 연구는 어떤 것이 있을까 1600년대 초에 갈릴레이는 망원경을 통해 은하수를 처음으로 조사했는데, 그는 밝게 빛나는 빛의 띠가 겉보기에는 매우 가까이 붙어 있는 밝은 별들로 보이지만, 사실은 엄청나게 많은 어두운 별들로 이루어져 있다는 것을 알아냈다. 1755년 초에 독일의 철학자 이마누엘 칸트는 은하수가 렌즈 모양 별들의 집합체이며 우주에 이러한 집합체들이 수없이 존재할지도 모른다고 주장했다. 천왕성의 발견으로 잘 알려진 독일계 영국 천문학자 윌리엄 허셜은 은하수에 대한 과학적 조사를 처음으로 수행했다. 은하수 안의 뒤틀림은 불행하게도 일부 대중 과학 소설과 달리, 은하수의 '워프 인자'는 빛보다 빨리 이동할 수 있는 길이 아니다. 은하수의 원반은 실제로 완전한 평면이 아니다. 원반의 두께가 얇다는 것은 제쳐놓고도, 이것은 마치 피자를 던졌을 때 공중에서 회전하는 와중에 피자 껍질에 뒤틀림과 흔들림 현상이 일어나는 것처럼 어느 정도 뒤틀려 있다. 물론 은하수는 피자보다 훨씬 크고 뒤틀림이 은하 원반을 한 바퀴 도는 데만 해도 수백만 년이 걸릴 수 있다. 천문학자들은 하나 혹은 그 이상의 왜소 은하가 이보다 훨씬 큰 은하수 안에 떨어져 생긴 중력 효과가 뒤틀림을 유발하는 것으로 여기고 있다. 이렇게 상대적으로 작은 충격은 은하 원반 구조를 파괴하지 않지만 원반을 약간 휘게 만들 수 있다. 우리은하의 이웃 은하 은하수 근처에는 어떤 은하들이 있는가? 은하들을 대상으로 할 때 '근처' 용어는 상대적이다. 은하수로 루터 수백만 광년 안에 수십 개의 은하가 모여 국부 은하군을 형성한다. 이러한 은하 중 몇몇 은하들은 궁수자리 왜소 은하처럼 은하수 가장자리와 거의 맞닿은 은하들도 있다. 국부 은하군에서 가장 큰 은하는 무엇인가? 안드로메다은하는 은하수보다 약간 더 크고 국부 은하군에서 가장 큰 은하다. 안드로메다은하는 1774년 샤를 메시에가 만든 천체 목록의 31번째 천체로 등록되어 메시에 31 혹은 M31로도 알려져 있다. 안드로메다은하는 언제 발견되었을까? 하늘이 맑고 달이 없는 밤에 안드로메다은하는 우리 눈으로 겨우 확인할 수 있을 정도로 희미하게 보인다. 그 때문에 고대 천문학자들은 그 존재를 알아볼 수 있었지만, 그것이 무엇인지는 알지 못했다. 안드로메다은하를 성운으로 자신의 메시에 목록에 포함한 프랑스의 천문학자 샤를 메시에에 의하면, 안드로메다를 발견한 최초의 유럽인은 시몬 마리우스이다. 마리우스는 안드로메다은하를 1612년경 천체 망원경을 통해 발견했다. 그러나 비유럽인의 기록에 따르면, 고대 페르시아의 천문학자 아브드 알라만 알수피가 964년경에 망원경의 도움 없이 발견했다고 전해진다. 알수피는 이것을 '작은 구름'이라고 불렀다. 안드로메다은하는 우리은하와 얼마나 비슷한가? 안드로메다은하는 은하수와 같은 커다란 나선 은하로 은하수와 많은 점에서 비슷하다. 나이도 은하수와 비슷한 것으로 보인다. 우리은하와 같은 유형의 많은 천체를 가지고 있으며, 중심에 초대질량 블랙홀도 가지고 있다. 안드로메다은하는 은하수보다 더 커 보이지만, 지름은 여전히 10만 광년에 가깝다. 국부 은하군 안에는 어떤 다른 은하들이 있는가 국부 은하군에는 안드로메다은하와 우리은하 외에도 30개가 넘는 은하들이 있는데, 대부분 크기가 작은 왜소 은하들이다. 이 은하들의 지름은 은하수와 안드로메다은하 지름의 대략 1/2에서 1/1000까지 다양하며, 수백만 개에서 수십억 개의 별들을 포함하고 있다. 이들 국부 은하군의 왜소 은하 중에서 가장 큰 은하는 은하수 주위를 도는 대마젤란성운과 소마젤란성운 그리고 안드로메다은하 주위를 도는 메시에 32와 메시에 33 은하가 있다. 또 다른 국부 은하군의 왜소 은하들로는 IC10, NGC205, NGC6822 그리고 궁수자리 왜소은하가 있다. 다음 목록은 국부 은하군에 속한 은하 중 일부를 정리한 것이다.