은하단과 우리은하, 은하단의 구성 물질, 은하의 쇠락

은하단과 우리은하

큰 천체가 작은 천체를 중력으로 붙잡고 있는 것처럼 별들의 무리인 은하도 그러한 형상을 보입니다. 큰 은하의 중력으로 인해, 큰 은하 주위를 작은 은하들이 끊임없이 돌고 있습니다. 이렇게 큰 은하와 작은 은하가 모여 한 마을을 이루게 되면 이를 '은하단'이라고 칭합니다. 지구가 속해 있는 우리은하는 처녀자리 은하단에 속해 있습니다. 이웃 은하 중에는 안드로메다은하가 우리에게 가장 익숙합니다. 우주 생성 이후 수많은 은하가 생성과 융합을 반복했습니다. 이 때문에 은하의 중심에는 둥근 타원 은하가 생겨났다고 추정합니다. 은하단 중심부에서는 수많은 은하의 충돌과 결합으로 둥근 타원 은하가 많습니다. 반면 은하단 외곽에서는 밀도가 낮고 중력이 약하기 때문에 은하 간의 간격이 넓고, 그래서 충돌이 적기 때문에 납작한 원반 은하가 많습니다. 우리은하도 비교적 외곽에 위치하기 때문에 납작한 원반형 모습을 띱니다.

은하단의 구성 물질

은하단을 이루는 은하와 은하 사이에는 뜨거운 가스 물질이 가득 차 있습니다. 가스 물질도 은하처럼 중력의 영향을 받아 은하단 내부로 모여듭니다. 은하단 내부로 들어가면 들어갈수록 가스물질의 온도는 상승하고 가스는 더 많아집니다. 따라서 은하 간 가스 물질 사이에서 움직이는 은하들은 은하단 내부로 들어가면서 받게 되는 압력을 견뎌내기가 쉽지 않습니다. 결국 은하 내부에 있던 차가운 가스는 이 압력을 견디지 못하고 은하 외부로 빠져나가 버립니다.

은하의 차가운 가스는 새로운 별을 탄생시키기 위한 자원입니다. 새로운 별이 만들어지기 위해서는 차갑고 신선한 가스와 먼지로 이루어진 구름이 필요합니다. 차가운 가스와 먼지구름이 중력으로 인한 수축을 하며 내부 온도가 높아지면 핵융합 반응을 일으키며 별이 탄생하게 됩니다. 하지만 차가운 가스가 빠져나간 은하에서는 더 이상 새로운 별이 생성될 수 없는 환경으로 변화합니다. 은하의 노화가 진행되는 것으로 볼 수 있습니다.

은하의 노화는 분명 슬픈 일이긴 하지만 은하에서 차가운 가스가 빠져나가는 것은 우주에서 또 하나의 장관을 이룹니다. 움직이는 은하의 뒤쪽으로 가스 물질이 빠져나가는 모습이 꼭 해파리의 꼬리처럼 길게 늘여지는 형상을 보입니다. 천문학자들은 이 모습을 보이는 은하에 '해파리 은하'라는 별명을 붙이기도 했습니다.

은하단 외곽에 있는 원반 은하는 은하단 중심에 있는 타원 은하보다 신선하고 찬 가스를 더 많이 머금고 있습니다. 은하 간 충돌이 적고 압력도 낮기 때문에 가스를 더 많이 보관할 수 있습니다. 그래서 천문학자들은 여러 개 원반 은하의 결합으로 타원 은하가 만들어졌을 것이라는 가설을 내놓기도 했습니다. 대부분의 은하는 은하끼리 융합하거나 차가운 가스를 흘려보내며 노화합니다. 아직 압력으로 인한 가스 누설이 노화에 어느 정도로 영향을 미치는지에 대한 연구 결과는 미지로 남아있습니다. 그러나 노화에 대해서는 이견이 없는 바입니다.

은하 연구가 복잡한 이유는 은하와 그 내부의 별들이 끊임없이 움직이고 변화하기 때문입니다. 초기 천체 연구는 지구와 같은 암석 행성만이 우주에 있다고 가정해 진행되었습니다. 그러나 적외선과 전파 등으로 우주 관측이 가능해지면서 우주에서 가스 물질의 중요도가 높아졌습니다. 은하의 진화에 대한 연구 과정에서 기체와 액체의 복잡한 특징을 고려해야 하는데, 컴퓨터가 이를 재현해 내기란 상당이 어렵습니다.

은하의 쇠락

은하와 은하 사이에 뜨거운 가스가 가득 차 있는 것처럼 별과 별 사이의 공간에도 성간 가스, 우주먼지, 유성 물질과 같은 성간 물질이 가득 차 있습니다. 그런데 은하를 가시광과 전파로 관측해보면 관측 결과 별과 가스 물질의 분포가 일치하지 않고 틀어져 있는 것을 알 수 있습니다. 이는 은하와 은하 사이의 뜨거운 가스가 움직이며 별과 별 사이의 가스 물질을 밀어내기 때문입니다. 가스는 무거운 별을 밀어낼 수는 없지만 주위의 가스를 밀어내 틀어지게 만드는 것입니다. 시간이 지남에 따라 별들도 주위의 영향을 받으며 점차 쇠락해 가게 됩니다. 달, 지구, 은하, 우주 모두 서서히 세월의 풍파를 겪으며 변화하고 결국 암흑 속에서 사라져 갈 것입니다. 하지만 또 새로운 별이 탄생하는 자양분이 되기에 영원히 사라지는 것은 아니라고 얘기하고 싶습니다.