[2023]VII-1-01. 별과 우주 4

5. 우리은하

전 단원까지는 별 하나하나에 대한 특징에 대해서 이야기하였다. 이번엔 조금 더 범위를 확장해 보자. 우주 공간에 존재하는 수많은 별들이 이루는 집단을 은하라고 하며, 이 중 태양계가 속한 은하를 우리 은하라고 한다.

우리은하의 위에서 본 모습은(Top view라고도 한다) 막대모양의 중심부를 나선팔이 휘감은 모양이며, 옆에서 본 모습은(Side view라고도 한다) 중심부가 약간 볼록한 납작한 원반 모양이다(그림 10). 우리은하의 지름은 약 30 kpc (10만 LY)이며, 우리은하에 포함된 별의 수는 약 2,000억개 이다. 이 중 우리가 살아가는 태양계는 우리은하의 중심에서 8.5 kpc (3만 LY) 떨어져 있는 나선팔에 위치한다.

지구에서 깊은 밤에 하늘을 보면 희뿌연 띠 모양의 별빛을 볼 수가 있는데, 이는 우리은하의 일부를 바라본 것으로, 이를 은하수라고 한다. 은하수는 궁수자리 방향에서 가장 밝고 두껍게 보인다. 이는 궁수자리가 은하 중심 방향이기 때문이다. 우리나라에서는 여름에 가장 뚜렷하게 보이며, 이는 북반구 남반구 구분 없이 관찰 가능하다.

6. 성단과 성운

우주의 공간에는 별과, 별과 별 사이를 채우는 물질이 존재한다. 많은 별이 모여 있는 집단을 성단이라 하며, 별과 별 사이의 성간 물질이 마치 구름처럼 보이는 것을 성운이라 한다.

성단은 다시 공 모양으로 모여 있는 형태인 구상 성단과, 여러 곳으로 흩어져 있는 형태인 산개 성단으로 구분한다(그림 13). 구상 성단과 산개 성단은 별의 평균적인 나이가 다르며, 이에 따라 여러 가지 차이가 발하게 된다.

 

산개 성단은 별들이 비교적 엉성하게 모여 있으며, 이는 별들의 나이가 얼마 되지 않기 때문에 기인한다. 구성 별의 수 역시 수십 ~ 수만 개 정도로 매우 적게 분포하며, 별들의 평균 온도가 높아 파란색을 띤다. 반면, 구상 성단은 별들이 매우 빽빽하게 모여 있으며, 이는 별들의 나이가 많음에 기인한다. 구성 별의 수는 수만 ~ 수십만 개 정도로 많이 분포하며, 별들의 평균 온도가 낮아 붉은색을 띤다.

우리 은하에서는 주로 구상 성단은 은하의 중심, 즉 은하핵에 분포하며, 산개 성단은 주로 은하 원반, 즉 나선팔에 분포한다(그림 14). 구상 성단이 더 빽뺵하고 산개 성단이 상대적으로 흩어져 있으므로 어찌 보면 당연할 수도 있겠다.

 

한편 성운은 별과 별 사이의 물질인 성간 물질이 많이 모여 있어 마치 구름처럼 보이는 것이다. 우리에게 보이는 방식에 따라 방출 성운, 반사 성운, 암흑 성운으로 구분한다(그림 15). 방출 성운은 성간 물질이 주변의 별빛을 흡수하여 가열되며 스스로 빛을 내는 성운이며, 대표적으로 오리온 대성운과 장미 성운이 있다. 한편 반사 성운은, 스스로 빛을 내는 것이 아닌 성간 물질이 주변의 별빛을 반사하여 밝게 보이는 성운을 말하며, 대표적으로 마귀할멈 성운과 M78 성운이 있다. 마지막으로 암흑 성운은, 성간 물질이 뒤쪽에서 오는 별빛을 가로막아 어둡게 보이는 성운을 의미하며, 대표적으로 말머리 성운과 버나드 68 등이 있다.

7. 외부 은하

이 광활한 우주에는 우리가 살아가는 우리 은하만 존재하는 것은 아니다. 이렇듯 우리 은하가 아닌 다른 은하들을 외부 은하라고 한다. 외부 은하는 천문학자인 허블이 최초로 발견하였으며, 우주에 약 1000억개의 외부 은하들이 존재한다. 또한 은하는 우주 내에 불균질하게 분포한다. 즉, 모여 있을 수도 상대적으로 흩어져 있을 수도 있다는 말이다.

허블은 최초로 은하를 분류할 때, 은하들을 모양에 따라 분류하였다(그림 16). 나선팔이 없고, 구형이거나 타원형인 은하들을 타원 은하라고 하였으며, 둥근 형태의 은하 중심부에서 나선팔이 휘어져 나온 모양인 은하들을 정상 나선 은하¹⁰⁾라고 하였다. 한편 은하 중심을 가로지르는 막대 모양의 끝에서 나선팔이 휘어져 나온 모양인 은하들을 막대 나선 은하¹¹⁾라고 하였으며, 규칙적인 모양이 존재하지 않는 은하들을 불규칙 은하라고 정의하였다.

허블은 일련의 관측을 통해 우주가 팽창함을 주장했다. 허블의 은하 관측과 다른 학자들의 연구를 통해 여러 가지 정보를 얻을 수 있다다. 먼저 우주가 무엇인지부터 정의해 보자. 우주란, 우리은하를 비롯하여 외부 은하 전체가 차지하는 거대한 공간을 의미한다. 이러한 우주는 계속해서 팽창하고 있으며, 다시 말해 대부분의 은하들은 서로 멀어지고 있으며, 거리가 멀리 떨어져 있을수록 더 빠르게 멀어지고 있다. 이러한 팽창은 구심점이 없으며, 따라서 모든 방향에서 균일하게 팽창하고 있다.

[자료] 우주 팽창 모형 실험

풍선에 스티커를 붙이고 풍선을 불며 스티커 사이의 거리 변화를 비교하는 실험이다(그림 17). 풍선 표면이 우주, 스티커는 은하를 의미한다¹²⁾. 늘어난 거리를 비교한 결과는 아래와 같다.

풍선을 작게 불었을 때와 크게 불었을 때의 거리 변화의 차이가 가까운 별일수록 작고, 먼 별일수록 크다는 사실을 알 수 있다. 즉, 은하 사이의 거리가 멀수록, 은하가 멀어지는 속도도 더 빠르다는 사실을 알 수 있다.

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10) 대표적으로 안드로메다 은하가 있다.
11) 대표적으로 우리 은하가 있다.
12) 별이 아니다

Edited 23.11.12
Edited by 푸른삿포로