우주의 기본단위 은하

우주의 기본단위 은하

 
 

은하의 나이는 몇 살일까

 
 
  그럼 은하는 언제 어떻게 생겨난 것일까? 빅뱅 이론에 따르면, 빅뱅 이후 약 30만 년 후에 수소와 헬륨이 만들어지기 시작했다. 태초의 공간을 가득 채웠던 원시 구름이 서서히 중력으로 뭉쳐지기 시작하면서 우주의 거대구조가 모습을 드러내기에 이르렀다.
 
 
  처음에는 균일하게 퍼져 있던 이 가스구름이 중력으로 점차 뭉치면서 서서히 회전하기 시작했다. 그것은 말 그대로 우주적인 규모였다. 조그만 태양계를 만든 어버이 원시 구름의 지름이 32조km, 약 3광년의 크기였다고 하니, 은하를 이룰 만한 원시구름의 크기란 상상을 뛰어넘는 규모였을 것이다.
 
 
  원시구름들이 암흑물질 헤일로로 모여 원시은하들이 만들어지기 시작했는데, 이들은 거의 왜소은하들이었다. 태초에 존재했던 수많은 왜소은하들 속에서 첫 번째 별, 곧 제1세대 별들이 만들어졌는데, 이를 항성종족Ⅲ이라고 한다.
 
 
  이때는 아직 별들이 중원소들을 만들기 이전이므로, 이 별들은 중원소 없이 순수하게 수소와 헬륨으로만 이루어져 있었고, 엄청난 질량을 가졌을 것으로 보인다. 따라서 매우 짧은 기간, 곧 수백만 년 만에 연료들을 소진해 버리고 초신성 폭발로 일생을 마치면서 자신이 만들어낸 탄소 등 중원소들을 우주공간에 흩뿌렸을 것이다. 이것에서부터 우주는 최초로 생명의 씨앗을 품게 된 것이다.
 
 
  은하가 만들어지기 시작한 후 약 10억 년 정도가 흐르면 은하의 주요 구성원들이 형성되기 시작한다. 예를 들면, 구상성단을 비롯해, 은하 중심의 아주 무거운 블랙홀, 금속 함량이 적은 항성종족Ⅱ로 이루어진 팽대부가 나타난다.
 
 
  은하 중심의 블랙홀은 비록 은하 전체에 비해 크기는 작지만, 은하의 별 생성률에 영향을 줌으로써 은하가 자리는 과정을 조절하는 중요한 역할을 한다고 여겨지고 있다. 이러한 은하 진화의 초기 단계에서 은하는 아주 많은 별들을 폭발적으로 만들게 된다.
 
 
  시간이 흐르면서 은하에 축척된 물칠로부터 보다 젊은 별들로 이루어진 은하 원반이 서서히 형성되기 시작한다. 그러는 동안에도 은하는 계속 은하간 매질로부터 새로운 가스를 공급받기도 하고, 또는 다른 은하들과의 상호작용을 통해 가스나 별을 주고받으며 별이 생성되기를 반복하면서, 마침내 별들 주위에서 행성들이 생겨날 수 있는 조건을 만들어가게 된다. 그리고 이러한 초기 왜소은하들이 충돌과 합체를 거듭하면서 현재 우리가 알고 있는 은하로 진화했다.
 
 
  이렇게 최초로 생성된 은하들이 우주에 모습을 나타내기 시작한 것은 빅뱅 후 불과 5억 년에 해당한다. 우리은하의 나이도 그에 근접하는 것으로 알려져 있다. 이는 우리은하 내의 별 중 가장 늙은 별의 나이를 통해 추정할 수 있는데, 현재까지 밝혀진 우리은하 원반 안에서 가장 오래된 별의 나이는 약 132억 년인 것으로 밝혀졌다. 우리은하는 태초의 우주공간에 나타난 은하 중 하나인 셈이다
 
 

각기 다른 은하들의 생긴 모양

 
 
  은하를 형태에 따라 최초로 분류한 사람은 에드윈 허블이다. 그는 은하를 타원은하(E), 나선은하(S), 막대나선은하(SB), 불규칙은하(Ir) 4가지로 분류했다. 하늘에서 밝은 은하 중 약 70%는 나선은하다.
 

 
 
  그러나 허블의 분류는 오직 시각적 모양만 가지고 분류한 것이기 때문에 시간적 진화계열로 생각하기보다는 오히려 은하가 태어났을 때의 원시은하운의 물리적 상태, 예컨대 원시운의 각운동량·질량·밀도 등의 차이에 따라 분류한 것이라 할 수 있다.
 
 
  타원은하는 전체 모습이 타원체 꼴이며, 중심에서 주변으로 갈수록 점점 어두워진다. 일반적으로 밝기의 차이나 흡수물질에 의한 내부 구조가 결여되어 다양하지 못하다.
 
 
  나선은하는 일반적으로 중심부에 둥근 골의 팽대부와 그것을 에워싼 편평한 원반부로 이루어지고, 나선구조는 팽대부의 가장자리에서 시작하여 주변을 크게 감싸면서 원반부의 가장자리에서 사라진다.
 
 
  막대나선은하는 팽대부에서 대칭으로 막대구조가 뻗어 있고, 그 끝에서 나선팔이 시작된다. 막대구조에 따라 뚜렷한 암흑성운의 띠가 보이는 경우가 많다. 우리은하가 막대나선은하에 속한다.
 
 
  불규칙은하는 모양에 규칙성이 없는 은하다. 형태는 회전축 대칭을 나타내지 않고 나선상 구조도 결여되어 있다. 보통 이웃 은하들의 중력 때문에 모양이 교란된 것이다. 그 대표적인 은하로 대마젤란은하와 소마젤란은하 등이 있다.
 
 
  이처럼 은하가 다양한 형태를 하고 있지만, 어떻게 그 형태를 바꾸어왔는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 은하의 수명이 100억 년이 넘는데, 우리가 외부은하의 존재를 안 것은 100년도 채 안 되기 때문이다.
 
 
  2013년 NASA는 그동안 허블 우주망원경이 촬영한 1,670개의 은하를 크기와 형태에 따라 분류했다. 그 결과, 110억 년 전의 은하들은 현재의 은하보다 크기는 작았으나, 타원은하와 나선은하가 모두 존재했다는 사실이 밝혀졌다. 이는 적어도 110억 년 전부터 기본적인 은하의 패턴은 변하지 않았음을 말해준다. 은하의 진화에 대해서는 아직까지 풀어야 할 수수께끼가 많이 남아 있다.