우리 은하 (Milky way Galaxy)

우리 은하(Milky way Galaxy)에 대해 알아보겠습니다.

 

개요

우리 은하는 태양계를 포함한 수많은 별과 가스, 먼지, 암흑 물질 등으로 이루어진 거대한 천체 집합체입니다. 우리 은하의 나이는 약 135억살로 추정됩니다. 우리 은하 안에는 4000~6000억 개의 별이 있을 것으로 추정됩니다. 질량은 태양의 약 1조 2600억배 정도입니다. 은하 중심에는 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A*가 있습니다. 2022년 5월, EHT가 궁수자리 A*를 촬영했습니다. 은하 중심 주변은 팽대부가 불리는 벌지(Bulge)가 감싸고 있습니다. 원반(Disk)에는 나선팔이 있습니다. 벌지와 원반의 더 바깥쪽에는 헤일로(Halo)가 존재합니다. 태양계 위치는 중심부와 가장자리의 중간 쯤에 있습니다.

 

우리 은하 관측사

우리 은하의 일부는 지구에서 은하수로 관측할 수 있지만 맨눈으로는 옅은 띠로만 보입니다. 은하수가 수많은 별들의 집합체임을 확인한 최초의 사람은 갈릴레오 갈릴레이입니다. 1755년에는 임마누엘 칸트(Immanuel Kant)가 은하수는 항성이 중력에 의해 원반 모양으로 회전하고 있는 천체라는 설을 주장했습니다. 1788년에는 윌리엄 허셜이 3차원적인 공간 분포를 구하는 계수 관측을 통해 은하수가 직경 약 6000 광년, 두께는 약 1000 광년의 원반 모양 구조이며 태양계가 은하의 중심에 가까이 있다고 말했습니다. 1908년에는 하버드 대학교 천문대의 헨리에타 스완 레빗(Henrietta Swan Leavitt)이 주기-광도 관계를 발견함으로써 아주 멀리 떨어진 별들의 거리를 산출할 수 있게 되었고, 이를 이용하여 1918년 할로 섀플리(Harlow Shapley)가 은하수의 크기를 측정하고 나아가 태양계가 은하 중심에서 벗어나 있음을 밝혀냈습니다. 1924년에는 에드윈 허블(Edwin Hubble)이 안드로메다 은하까지의 거리를 산출하여 우리 은하 외에도 다른 은하가 존재함을 확인했습니다. 1958년, 네덜란드 천문학자인 얀 오르트(Jan Hendrik Oort)는 연구를 통해 우리 은하가 나선 은하임이 밝혀냈습니다.

 

우리 은하 구조

우리 은하는 막대 나선 은하입니다. 우리 은하의 의 질량은 태양 질량은 약 1조 2600억배이며, 이 안에는 약 4000억 ~ 6000억개의 별이 포함되어 있을 것으로 알려져 있습니다. 과거에는 안드로메다와 비슷한 정상 나선 은하인 것으로 생각됐지만, 1990년대 이후 막대 나선 은하인 것 같다는 의견이 대두되기 시작했고, 2005년 스피처 우주 망원경(Spitzer Space Telescope)의 관측 결과 우리 은하가 막대 나선 은하임이 밝혀졌습니다. 은하계의 중심에는 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A*가 있습니다. 2022년 5월, EHT가 궁수자리 A*를 촬영하는 데 성공했습니다. 우리 은하의 직경은 10만 광년으로, 인류가 알고 있는 지식 안에서는 전 우주를 통틀어 봐도 매우 큰 은하 중 하나입니다. 두께는 1만 5천 광년입니다. 막대의 길이는 27,000 광년입니다. 태양은 은하 중심으로부터 약 28,000 광년  떨어져있습니다. 

 

우리 은하 나이

우리 은하의 나이는 약 135억살 정도입니다. 우주의 나이가 약 137억 5000만살임을 감안하면, 굉장히 오래된 은하임을 알 수 있습니다. 우리 은하는 대략 100억년 전쯤에 가이아-엔셀라두스(Gaia-Enceladus)라고 불리는 왜소 은하와 충돌한 이후 엄청난 속도로 성장했습니다.

 

팽대부(Bulge)

별들은 원반 중앙의 돌출부인 팽대부에 매우 밀집되어 있습니다. 이전에는 회전 타원체 형태인 것으로 알고 있었으나 연구를 통해 막대 모양임을 확인했습니다. 2013년에는 팽대부가 일반적인 막대 모양보다 땅콩과 더 비슷하다는 사실이 발견되었습니다. 이전에는 은하 원반의 두꺼운 먼지에 의해 은하수 중심을 자세히 관찰할 수 없었으나, 먼지를 투과할 수 있는 적외선 천문학의 발달로 그 분포를 관찰하고 분석하는 것이 가능해졌습니다. 

 

원반(Disk)

나선팔이 위치하는 부분입니다. 우리 은하가 태어나고 얼마 안 됐을 당시, 별들의 폭발이 일어났습니다. 이후 남은 가스가 각운동량에 의해 회전하고 회전축 방향을 따라 편평해지면서 형성됐으며 은하 안에서는 비교적 늦게 태어난 곳입니다. 가스와 먼지의 밀도가 높아 별이 탄생하는 지역임과 동시에 우리 은하계의 대부분의 별이 위치한 곳으로 성운과 산개성단이 이 지역에서 주로 발견됩니다. 이 그룹에 속하는 별들은 은하를 중심에 두고 시계 방향으로 질서정연하게 원형 궤도로 돌고 있습니다. 우리 은하(태양 포함)에 있는 모든 별의 궤도 속도는 위치와 관계없이 200-250km/s의 속도로 이동하고 있습니다. 원반 두꺼운 먼지와 가스층은 빛을 차단하여 우리 은하계 너머의 물체를 연구하는 천문학자들에게 장애물이 됩니다.

 

나선팔(Arm)

과거 우리 은하가 안드로메다 은하 같은 정상 나선 은하인 것으로 알고 있을 때는 나선팔을 4개 가진 것으로 간주했습니다. 그러나 이후 막대 나선 은하임이 밝혀지고 난 뒤에는 2개의 메인 나선팔이 있고 거기에서 가지치기를 한 2개의 나선팔이 있음을 확인했습니다. 태양계가 속한 팔은 오리온 팔(Orion Arm)입니다.

 

헤일로(Halo)

헤일로는 오래된 별이나 구상 성단으로 이루어진 회전 타원체로서, 원반을 둘러싸고 있습니다. 헤일로의 직경은 약 25만~40만 광년입니다. 원반 중 물질 밀도가 높은 곳에서는 별 형성이 활발하게 이루어지고 있지만, 헤일로에서는 별 형성을 잘 찾아볼 수 없습니다. 별을 찾아볼 수 없어 사실은 크게 중요하지 않은 곳처럼 보일 수도 있습니다. 하지만 헤일로는 암흑 물질의 주거지이기도 해 은하 질량의 대부분을 차지하고 있는 곳입니다.

 

우리 은하 속 태양의 위치

태양은 오리온 팔 안쪽 가장자리 근처, 은하 중심에서 28,000 광년 거리에 있습니다. 태양계가 속한 팔과 이웃 페르세우스 팔 사이의 거리는 약 6500 광년입니다. 태양은 은하 중심을 거의 타원 궤도로 돕니다. 물론 궤도 모양이 타원인 이유는 은하계 내의 다양한 물질의 중력 영향으로 간섭을 받기 때문입니다. 태양은 약 220km/s 속도로 은하 중심을 공전하고 있으며, 공전 시간은 약 2억2500만~2억5000만 년입니다. 태양계가 탄생한 후 현재까지 약 20~25바퀴 정도를 돈 것이죠.

 

우리 은하의 미래

우리 은하에서 약 230만 광년 떨어져 있는 안드로메다 은하는 122km/s의 속도로 우리 은하에 접근하고 있습니다. 이 속도라면 우리 은하와 안드로메다 은하는 40억 년 후에 충돌하게 시작합니다. 충돌하기 시작한 후 약 30억 년 후에는 완전한 하나의 은하가 되어 밀코메다(밀키웨이와 안드로메다의 합성어, Milkomeda) 은하가 될 예정입니다.