[비즈한국] 철이가 기계 몸을 얻기 위해 메텔과 함께 오른 은하철도 999. 그 우주 기차의 종착역은 바로 우리가 잃어버린 개념들이 모여 있다는 안드로메다은하다. 안드로메다은하는 우리 은하에서 가장 가까운 거대한 이웃 은하 중 하나로 약 250만 광년 거리에 떨어져 있다. 그래서 사실 은하철도가 빛의 속도로 우주를 돌파한다고 하더라도 지구에서 종착역까지 가는 데는 250만 년이 걸려야 한다.
지구에 현생 인류 호모사피엔스가 처음 출현한 시점이 약 20만 년 전이다. 결국 은하철도가 안드로메다까지 가는 사이에만 현생 인류의 역사가 열 번은 넘게 쓰일 만큼 아주 긴 시간이 걸려야 한다. 뭐 만화영화니까 우리가 알 수 없는 특별한 테크놀로지가 있을 것이라 이해하자.
그런데 안드로메다를 향하는 은하철도 999의 승객들에게 반가운 소식이 있다. 이 안드로메다은하가 점점 우리를 향해 빠르게 다가오고 있다. 종착역 자체가 우리를 향해 다가온다니, 시간이 흐르며 안드로메다까지 거리도 가까워질 것이고 여행 시간도 줄어들 것이다. 그리고 만화에선 너무 비싸서 아무나 사지 못하던 은하철도의 승차권도 조금 더 저렴해질 수 있을 것이다.
그런데 최근 더 놀라운 사실이 밝혀졌다. 바로 우리 은하와 안드로메다은하의 충돌이 먼 미래 이야기가 아니라 이미 시작되었다는 사실이다.
우리 은하는 안드로메다은하와 먼 미래에 충돌하게 될 것이라 이야기해왔다. 하지만 놀랍게도 두 은하의 거대한 가스 헤일로는 이미 접촉을 시작했다는 것이 새롭게 확인되었다. 우리는 이미 충돌을 시작한 것이다.
현재 250만 광년 거리를 두고 떨어져 있는 두 육중한 은하는 서로의 강한 중력에 이끌려 가까이 접근하고 있다. 초속 약 120km, 시속으로 환산하면 약 40만 km의 아주 빠른 속도로 가까워지고 있다. 하지만 워낙 거리가 멀기 때문에 본격적으로 충돌하기까지는 앞으로 40억 년 정도가 남았다고 생각해왔다.
지구의 밤하늘에서 안드로메다은하를 보면 뿌옇고 긴 작은 얼룩 같은 형체의 모습으로 볼 수 있다. 눈으로 보면 안드로메다의 어두운 부분까지는 다 보이지 않아서 얼핏 보면 굉장히 작게 보인다. 하지만 눈에 잘 담기지 않는 어두운 영역까지 모두 고려한다면 실제로 지구의 밤하늘에 펼쳐진 안드로메다의 겉보기 크기는 보름달 대여섯 개가 들어갈 정도로 꽤 넓다. 앞으로 40억 년간 계속 안드로메다가 우리를 향해 접근하면서 지구의 밤하늘에서 보게 되는 이 이웃 은하의 모습도 점점 거대해질 것이다.
그런데 이런 은하들은 단순히 밝은 별들로 채워진 원반으로만 이루어져 있지 않다. 그 주변을 에워싼 거대한 암흑물질과 가스로 이루어진 헤일로(Halo)로 포장되어 있다. 지름 약 10만 광년 크기의 원반 모양인 우리 은하도 그 열 배 정도 크기의 거대한 헤일로에 에워싸여 있다. 헤일로는 은하를 감싸는 거대한 ‘아우라’와 같다고 볼 수 있다.
우리 은하와 마찬가지로 안드로메다은하 역시 이런 거대한 헤일로로 포장되어 있을 것이다. 안드로메다은하의 헤일로가 얼마나 넓게 퍼져 있는지를 확인하기 위해 천문학자들은 특별한 관측을 진행했다. 지구의 밤하늘에서 봤을 때 안드로메다은하가 있는 비슷한 방향에서 보이는 아주 먼 거리에 떨어진 밝은 은하, 퀘이사들을 활용했다.
퀘이사들은 실제로는 안드로메다은하보다 훨씬 더 먼 수억 광년 이상의 먼 거리에 떨어져 있다. 하지만 마침 안드로메다은하와 비슷한 방향에 놓여 있어서 퀘이사에서 출발한 빛이 중간에 안드로메다 헤일로를 관통한 후에 지구로 들어오게 된다. 이를 활용해 천문학자들은 지구의 밤하늘에서 안드로메다은하를 중심으로 얼마나 멀리까지 떨어진 퀘이사의 빛까지 안드로메다은하의 헤일로에 의한 영향을 받는지를 파악해서 안드로메다의 헤일로 지도를 그려냈다.
이번 관측에서 안드로메다은하와 비슷한 방향에 놓인 총 43개의 퀘이사를 활용했다. 천문학자들은 아미가(AMIGA) 관측 프로젝트를 통해서 안드로메다은하의 헤일로를 거쳐 들어오는 먼 퀘이사들의 강한 자외선 빛을 분석했다. 이를 관측하기 위해서 천문학자들은 허블 우주 망원경에 탑재된 COS(Cosmic Origin Spectrograph, 우주 기원 분광계) 장비를 활용했다. 천문학자들은 먼 퀘이사들의 자외선이 날아오면서 중간에 안드로메다의 헤일로를 거쳐오는 동안, 안드로메다 헤일로 속 이온화된 탄소와 산소 등의 원자에 의해 빛이 흡수되는 흔적을 확인했다.
분석 결과 안드로메다은하의 헤일로는 은하를 중심으로 반경 약 130만 광년의 아주 거대한 크기로 펼쳐져 있다는 것이 밝혀졌다. 안드로메다은하도 우리 은하 못지않은 아주 거대한 헤일로로 과대 포장된 상태였던 것이다. 사실 앞서 2015년에도 이와 비슷한 방법으로 안드로메다은하 방향에 놓인 퀘이사들을 활용해 안드로메다은하의 헤일로의 존재를 확인한 적이 있다. 하지만 당시 연구에서는 퀘이사를 겨우 여섯 개만 활용했던 탓에 지금처럼 헤일로의 자세한 크기와 분포를 파악하기 어려웠다.
하지만 이번 연구에서는 무려 43개의 멀리 떨어진 퀘이사를 활용해, 퀘이사들 앞에 놓인 안드로메다 헤일로의 정확한 크기를 확인했다. 안드로메다은하의 헤일로 130만 광년, 우리 은하 헤일로 130만 광년. 결국 250만 광년 거리를 두고 있는 이 두 은하의 헤일로는 이미 접촉을 시작했다는 것을 알 수 있다. 안드로메다은하와의 충돌은 마냥 먼 수십억 년 후의 상상 속 이야기가 아니었다. 지금 이 순간 한창 진행되고 있는 오늘의 이야기다. 우리는 이 거대한 두 은하가 만나는 아름다운 접촉 사고의 현장 한가운데에서 살고 있는 셈이다.
안드로메다은하와 우리 은하가 충돌하는 과정을 표현한 시뮬레이션 영상. 성격이 급한 천문학자들은 40억 년 뒤에나 완성될 이 미래의 거대한 타원은하에게 벌써 이름도 지어주었다. 우리 은하 밀키웨이와 안드로메다를 합친 ‘밀코메다(Milkomeda)’로. 영상=Visualization: NASA; ESA; and F. Summers, STScI, Simulation: NASA; ESA; G. Besla, Columbia University; and R. van der Marel, STScI
앞으로 계속 시간이 흐르며 안드로메다은하는 꾸준히 우리 지구의 밤하늘에서 더 크게 관측되기 시작할 것이다. 물론 아주 긴 시간이 걸리겠지만, 지금으로부터 약 38억 년이 흐르면 우리 은하의 은하수 역시 안드로메다은하의 강한 중력에 의해 그 형체가 부서지기 시작한다. 본격적인 대충돌이 시작되는 40억 년이 지나면 이제 각 은하의 형체는 알아볼 수 없다. 원래 두 개의 납작한 원반 은하였던 둘은 이제 한데 뒤섞여 하나의 거대한 타원은하를 만들게 될 것이다.
아마 이런 미래가 펼쳐지는 광경을 지구에 남아 보게 된다면 더 이상 밤하늘을 길게 수직으로 가로지르는 은하수의 모습은 볼 수 없게 될 것이다. 말 그대로 밤하늘을 가로질러 흐르는 은빛 강줄기라는 뜻에서 이름이 지어졌던 ‘은하수’라는 말 자체도 이제는 더 이상 사용할 수 없는 과거의 유물이 되어버릴 것이다. 물론 이렇게나 먼 미래가 되면 은하수라는 말을 그리워할 존재도 없겠지만 말이다.
과연 앞으로 펼쳐질 안드로메다은하와 우리 은하의 진한 스킨십은 어떻게 결말을 맺을까? 우리가 바로 그 장엄한 사랑의 현장 한복판에 살고 있었다는 사실을 새롭게 알아낸 지금, 이 두 은하의 사랑이 더 애틋하게 느껴진다. 매일밤 가을 하늘에 떠 있는 안드로메다은하를 바라보며 우리는 이제 이렇게 말할 수 있다. 오늘의 안드로메다는 어제보다 더 가깝다고 말이다.
참고
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aba49c
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/804/2/79
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-maps-giant-halo-around-andromeda-galaxy
https://hubblesite.org/contents/news-releases/2015/news-2015-15.html
필자 지웅배는? 고양이와 우주를 사랑한다. 어린 시절 ‘은하철도 999’를 보고 우주의 아름다움을 알리겠다는 꿈을 갖게 되었다. 현재 연세대학교 은하진화연구센터 및 근우주론연구실에서 은하들의 상호작용을 통한 진화를 연구하며, 강연과 집필 등 다양한 과학 커뮤니케이션 활동을 하고 있다. ‘썸 타는 천문대’, ‘하루 종일 우주 생각’, ‘별, 빛의 과학’ 등의 책을 썼다.
지웅배 과학칼럼니스트
galaxy.wb.zi@gmail.com[핫클릭]
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