*[Cosmos]'암흑은하(dark galaxy)'의 생성비밀
2007. 02. 18.
*암흑은하(dark galaxy)의 생성비밀*
(2007.02.18)
우주에서 가장 어두운 암흑은하(dark galaxy)들의 존재 이유를 설명해 줄 새로운 과학적 모델이 제시됐다고 스페이스닷컴(space.com)이 14일 보도했다. 암흑은하는, 사실상 아무런 영향도 미치지 않고 일반물질을 그대로 통과할 수 있는 물질들로 거의 대부분 구성돼 있을 것으로 생각되는 독특한 은하다.
별, 행성, 달 같은 위성, 사람을 구성하는 일반 물질은 우주에 존재하는 전체 물질의 대략 1/6밖에 차지하지 않는다. 나머지는 빛과 일반물질에 대해 미치는 중력적인 효과를 통해서만 존재가 추정되는 암흑물질이다.
과학자들은 암흑물질의 일부 또는 대부분이 일반물질과 매우 미약하게 상호작용한다고 본다. 또한 암흑물질은 우리와 행성을 사실상 아무런 영향도 미치지 않고 바로 통과할 수 있을 것으로 추정된다. 태양계의 우주공간엔 이 같은 암흑물질 입자가 1제곱미터당 1만 개에 이를 것으로 믿어진다.
이런 암흑물질로 거의 완전히 구성된 덕분에 공기처럼 아주 가벼운 암흑은하들은, 은하수와 안드로메다 은하 주위를 선회하는 것으로 알려져 있다. ‘난쟁이 회전타원체(dwarf spheroidals)’로 알려진 이 유령 같은 은하들은 빛을 내는 물질 대부분이 벗겨져 버린 결과, 가스가 거의 없고 매우 적은 숫자의 별을 가진 암흑물질의 그림자가 됐다.
전형적인 난쟁이 은하는 몇 십억 개의 별들을 갖고 있고, 은하수는 2000억~4000억 개에 이르는 별들을 갖고 있다. 스탠퍼드대학의 우주과학자 스텔리오스 카잔치디스(Kazantzidis)는 “이와 달리 전형적인 난쟁이 회전타원체는 별이 100만 개 정도밖에 안 된다”며 “최근엔 심지어 더 적은 별을 가진 몇 개의 비슷한 시스템이 은하수 인근에서 발견됐다”고 말했다.
난쟁이 회전타원체는 우주 전체에 걸쳐 존재할 것으로 생각된다. 카잔치디스는 “하지만 이들은 너무나 희미해서, 지금껏 우리 은하계의 이웃에 위치한 지역에서만 관찰됐다”고 말했다.
◆암흑물질의 본질
암흑물질로 가득한 은하들의 기원은 과학자들에겐 미스터리였다. 카잔치디스와 그의 동료들은 이제, 그들의 생성을 설명해 줄 새로운 과학적 모델을 개발했다.
카잔치디스는 “이 같은 발견의 가장 중요한 함의는, 난쟁이 회전타원체의 기원에 대한 새로운 이해가 조만간 암흑물질의 본질에 대한 근본적인 통찰로도 이어지리라는 것”이라며 “암흑물질의 본질을 밝히는 것은 현대 과학의 가장 거대한 도전”이라고 말했다.
새 모델은 전세계에 있는 몇 대의 슈퍼컴퓨터를 이용, 은하 형성에 대한 수개월간의 시뮬레이션을 거침으로써 시험됐다. 은하 형성 과정에선 우주자외선과 은하계간 바람의 저항, 중력 등이 복합적으로 작용한다.
◆바람의 저항
이 모델에 따르면, 난쟁이 회전타원체는 우주가 여전히 원시 은하들과 거대한 별들에서 뿜어져 나오는 자외선으로 인해 여전히 뜨거웠던 100억년 전쯤 탄생했다.
카잔치디스는 “난쟁이 회전타원체의 ‘조상’은 처음엔 일반 은하로서 삶을 시작했다”고 말했다. 우주자외선은 이들의 가스에 열을 가해 벗겨지기 쉬운 상태로 만들었다. 이들 조상 은하들은 더 거대한 은하수의 은하 주변을 돌면서, 은하수 내부의 가스에서 비롯된 일종의 ‘바람의 저항’을 경험했다는 게 모델의 설명이다. 동시에, 조상 은하들은 은하수로부터 압도적인 중력의 힘에 직면했고, 이 힘이 은하에 있는 빛 내는 별들을 비틀어 잡아떼냈다.
이렇게 수십 억년간 궤도를 돌면서, 거의 모든 일반물질이 조상 은하에서 벗겨져나갔고, 우주자외선 또는 바람 저항의 영향을 받지 않는 암흑물질만 남게 됐다는 게 연구진의 설명이다. 암흑물질이 받은 중력의 충격은 그리 강하지 않아서, 물질의 상당량이 끌려가거나 하진 않았다.
◆“너무 어두워서 안 보일 뿐”
이번 연구는 현재 관찰되고 있는 것보다 더 많은 소규모 암흑은하들이, 은하수처럼 거대한 은하들 주변을 둘러싸고 있을 것임을 시사한다. 카잔치디스는 “이 은하들은 단지 너무 어두워서 발견할 수 없는 것일 뿐”이라고 말했다.
암흑물질로 이뤄진 은하에 대해선 풀어야 할 미스터리들이 여전히 남는다. 카잔치디스는 “난쟁이 회전타원체인 ‘투카나’는 내 모델에 대해선 최대의 도전”이라며 “이 은하는 그 어떤 거대 은하로부터도 멀리 떨어져 있기 때문”이라고 말했다. “고립된 난쟁이 회전타원체의 기원을 밝힐 모델을 제시하기 위해선, 관찰과 이론적 예측 둘 다를 개선해야 할 겁니다.”
/?남승우기자 futurist@chosun.com