사진으로 보는 은하계의 세계

은하 모음전 (  Galaxy Gallery)

Credit: Courtesy Adam Block (KPNO Visitor Program), NOAO, NSF

섬 우주 (island universe) 의 흥미로운 것들이 한데 모였다. 왼쪽 위부터 오른쪽 아래 방향으로, 사랑스럽지만 멀리 떨어져 있는 은하계들인 M61, NGC 4449, NGC 4725, NGC 5068, NGC 5247, NGC 5775/5774이 있다. 대부분은 우리 은하계와 다소 비슷한 나선 은하계이다. 나선팔을 따라 형성되어 있는 별 형성 지역의 타오르는 수소 기체가 분홍빛으로 표시되어 있다. 처녀자리 은하계 M61이 어쩌면 이 나선형 은하계들 중 가장 충격적일 것이고, 흥미로운 은하계 짝인 NGC 5775/5774는 경계선이 보이는 나선형 은하와 정면이 보이는 나선형 은하의 대조를 보인다. 나선형 은하계 모음의 예외는, 작고 상대적으로 지구와 가까이 있는 불규칙 은하계인 NGC 4449 이다(위쪽 중간). 우리 은하계와 이웃하는 은하계인 대 마젤란 운과 비슷하게, NGC 4449는 또한 젊은 푸른 별들의 무리들과 분홍빛의 별 형성 지역을 과시해 보이고 있다.
이 모음 사진속의 은하계는, Kitt Peak 국립 관측소 방문자 센터의 고급 관측 프로그램에 참가한 일반인들이, 작은 (지름 16인치) 반사 망원경과 디카를 사용하여 찍은 것이다.



안드로메다 은하의 중심부 (Andromeda's Core)

Credit & Copyright: Robert Gendler

안드로메다 은하계의 중심부는 아름답지만 이상하다. M31이라 분류되는 안드로메다 은하는 우리 은하와 매우 가까이 있다는 점은, 은하의 중심을 관측 가능하게 함으로써 은하의 구성을 관측할 수 있다. 두 개의 핵을 가지고 있고, 어쩌면 우리 태양의 5백만 배 이상 질량의 초 거대 블랙 홀을 감싸고 있을 중심부 주위에는, 수십억 개의 별들이 무리를 이루고 있다. M31은 안드로메다 별자리 방향으로 약 2백만 광년 떨어져 있고, 맨눈으로도 볼 수 있다. 이 사진에서 어두운 티끌들의 무리는, 10,000 광년 내부에 있는 M31 중심부와 겹쳐 보인다. 더 밝은 별들은, 우리 은하에 속해 있는 전경의 별들이다.


NGC 1과 NGC 2 (NGC 1 and NGC 2)

Credit & Copyright: R Jay GaBany (Cosmotography.com)

지구의 밤하늘을 수놓는 아름다운 성운, 성단, 그리고 은하계들을 사람들은 NGC (New General Catalog) 번호로 종종 구분한다. 고전적인 그 목록은 1882년부터 1916년까지 Armagh 관측소의 비범한 이사였던 John Louis Emil Dreyer에 의해 편집되었다. 예를 들어 NGC 2266은, 성운과 성단에 대한 그의 NGC 의 2,266번째 항목이다. 모든 책은 첫 번째 쪽이 있듯, 현대 천문학자인 Jay GaBany는 NGC 1이 어떻게 생겼을지 궁금해했다. 그리고, 페르세우스 자리에서 NGC 2와 함께 발견했다. 일반적인 나선 은하계와 크기가 대략 비슷하며, NGC 1 (위) 는 지구로부터 약 1억 5천만 광년 떨어져 있을 것으로 추산되고 NGC 2 (아래) 는 그 거리보다 약 두 배 정도 더 멀리 떨어져 있으리라 추산된다.


처녀자리 은하단의 중심부 (In the Center of the Virgo Cluster)

Credit & Copyright: Jean-Charles Cuillandre (CFHT), Hawaiian Starlight, CFHT

처녀자리 은하단은 우리 은하계에서 가장 가까운 은하단으로, 지구 위 하늘에서 5도 이상 펼쳐져 있다. (보름달에 의해 만들어지는 각도의 약 10배) 그것 안에는 여러 종류의 은하계 (나선 은하, 타원 은하, 불규칙 은하 포함) 들이 100개 이상 있다. 처녀자리 은하단은 매우 질량이 커서 우리 은하계를 현저히 끌어당기고 있다. 이것은 별들로 가득 찬 은하계들 뿐 아니라, 매우 뜨겁게 타서 X선으로 관측되는 기체들도 포함한다. 은하단 안과 근처 은하계들의 움직임으로 미루어 보아, 우리가 볼 수 있는 물질보다 검은 물질을 더 많이 포함하고 있는 것 같다. 사람 얼굴처럼 보일 수도 있는 이 처녀자리 은하단 사진에는, 가장 윗부분에 M86, 오른쪽에 M84, 가장 밑에 NGC 4388, 그리고 가운데에 NGC 4387이 포함되어 있다.



날카로운 나선형 은하 NGC 2683 (NGC 2683: Spiral Edge-On)

Credit & Copyright: Doug Matthews & Adam Block, NOAO, AURA, NSF

NGC 2683이라 분류되는 이 화려한 섬 우주는 살쾡이자리 방향으로 1600만 광년정도 떨어져 있다. 우리 은하계에 필적할 만한 나선형 은하인 NGC 2683은 이 사진에서 매우 날카로워 보인다. 수많은 늙은 노란 별들로부터의 빛은 현저히 밝은 은하 중심부를 형성한다. 별빛은, 나선팔을 따라 형성되어 있는 먼지 띠들 (dust lanes) 의 윤곽을 그려낸다


모래와 별들 속의 소용돌이 은하, M51

Credit: Credit: N. Scoville (Caltech), T. Rector (U. Alaska, NOAO) et al., Hubble Heritage Team, NASA

소용돌이 은하는 고전적인 나선은하이다. M51과 알려지지 않은 은하 NFC5164는 6만 광년을 꼬박 가로지르며 멀리 3천만광년 떨어져 있고 하늘에서 그림같이 가장 밝게 빛나는 은하들 중 하나이다. 위에서 보이는 이미지는 0.9미터 Kitt Peak National Observatory 망원경이 찍은 주변지역과 허블 우주 망원경이 찍은 중심지역을 디지털로 합성한 것으로 정상적으로 붉게 돋보이게 하려고 샤프를 적용한 그림이다. 그러나 누구나 좋은 쌍안경만 가지고 있다면 사냥개자리에서 소용돌이 은하를 볼 수 있다. M51은 Sc 형태에 속한 나선은하이다. 그리고 이 형태에 모든 은하의 그룹들 중에서 지배적인 구성원에 속한다. 천문학자들은 M51의 나선형 구조들을 첫번째로 최상의 디지털 방식으로 선명해진 이 이미지에서 빠진 작은 은하와의 중력으로 인한 상호작용으로 인한 것으로 추측하고 있다.


    대 마젤란 운 (The Large Cloud of Magellan)
Credit & Copyright: Loke Kun Tan (StarryScapes)

포르투칼 항해사 드 마젤란과 그의 선원에게는 첫 세계 일주 중 남쪽 하늘을 연구할 많은 시간이 있었다. 결국 남반구 관측자들이 쉽게 볼 수 있는, 두 개의 구름처럼 보이는 천체는 마젤란 운으로 알려지게 되었다. 물론 이 별 구름들은, 우리 은하계의 위성 은하이며 작은 불규칙 은하로 알려져 있다. 사진에 나타난 대 마젤란 운 (LMC) 은 황새치자리 방향으로 약 180,000 광년밖에 떨어져 있지 않다. 지름이 15,000 광년쯤 되는 이 천체는 우리 은하계의 위성 은하들 중 가장 질량이 크며, 현대의 가장 가까운 초신성이 자리하고 있는 곳이기도 하다. 오른편에 있는 주된 붉은 부분은 30 Doradus, 다른 말로 땅거미 성운이며, 이것은 대 마젤란 운의 거대한 별 탄생 지역이다.


거대한 은하단이 빛을 굽게 하여 상을 나누다

 W.N Colly(U Virgina & E. Turner (Princeton), J.A. Tyson (UC Davis), HST, NASA

이상한 푸른 것들은 무엇일까? 그것들 중 다수는, 거대한 은하단 뒤에 있는 혼자이거나 특이하거나 방울 모양이거나 반지 모양의 은하계이다. 여기 나타난 은하단은 노란색으로 보이고, 은하단의 암흑 물질과 함께 중력 렌즈로 작용한다. 중력 렌즈에 의해 배경 은하들의 상(像)은 여러 개 나타날 수 있는데, 이는 멀리 떨어진 가로등 빛을 맥주잔에 통과하여 보았을 때의 효과에 비할 수 있겠다. 이 배경 은하의 뚜렷한 모양 (아마 그 은하는 형성되는 과정에 있을지도 모른다) 은 천문학자들이, 은하단의 중심으로부터 4시, 8시, 9시, 10시 방향에 같은 상이 맺혀 있다는 것을 추론하게 한다. 어쩌면 중앙에서 약간 왼쪽으로 치우친 곳의 파란 얼룩도 또다른 상일지 모른다! 이 화려한 사진은 허블 우주 망원경으로 1994년 10월에 찍혔다.


불꽃 은하계 NGC 6946 (NGC 6946: The Fireworks Galaxy)

Credit & Copyright: T. Rector (U. Alaska Anchorage), Gemini Obs., AURA

이 은하계는 왜 이렇게 활동적일까? 근처 은하계인 NGC 6946에서는 뚜렷한 이유 없이 어마어마한 규모의 별 탄생이 일어나고 있다. 많은 경우 나선팔은 다른 은하계와 상호 작용할 때 빛나지만, NGC 6946은 우주 속에서 상대적으로 고립된 것 같다. 케페우스자리 방향으로 천만 광년 떨어져 있고, 우리를 정면으로 바라보는 방향의 이 아름다운 나선 은하계는 지름이 약 2만 광년이고, 이 사진에서는 우리 은하계의 별들이 앞에 같이 보인다. NGC 6946의 중심부는 별의 폭발이 매우 잦으며, 선명한 검은 티끌과 붉은 발광 성운, 빠르게 움직이는 가스 구름, 그리고 이상하게 빈번한 초신성들은 밝은 청색의 별들을 따라 원반에 놓여 있는 것처럼 보인다. 미국 하와이에 있는 8m Gemini North Telescope가 이 사진을 찍었다. 빈번한 별 형성에 대해 제안된 한 견해는, 주위 지역의 원시 저질량 중성자 수소 구름이 최근 성장했다는 것이다.


잘못된 은하계 0313-192 (0313-192: The Wrong Galaxy)

Credit: W. Keel (Univ. Alabama), M. Ledlow (Gemini Obs.), F. Owen (NRAO), AUI,NSF, NASA

사진 중앙에 있는 것은, 수십억 광년 떨어진 은하계 0313-192이다. 은하계로부터의 전파 방출은 허블 우주 망원경의 새로운 Advanced Camera for Surveys로부터의 가시광선 영역 사진으로 합성되었고 National Radio Astronomy Observatory의 Very Large Array에 의해 지도화되었으며 이는 붉은색으로 보인다. 적외선 제미니 망원경의 자료뿐 아니라 허블 사진에서의 먼지들과 다른 특징들은, 확실히 0313-192가 나선 은하라는 것을 입증해 주고 있다. 몇년간 이런 식으로 나선 은하 중심부의 측면과 같은 두 개의 우주 구름의 전파 방출이 연구되어 왔고 분류되어 왔다. 하지만 적어도 지금까지 그러한 전파원들은 거대한 타원 은하의 중심부나 급속히 팽창하는 은하계에서 발생하는 것으로 알려져 있으며, 0313-192는 따라서 이 가설에는 위배되는 은하계이다. 천문학자들은 왜 이 나선 은하 (어쩌면 우리 은하계와 비슷할지 모르는) 에서 강력한 활동이 관측되는지에 대한 단서를 찾는 중이다.


NGC 3314: 은하계 겹치다 (NGC 3314: When Galaxies Overlap)

Credit: W. Keel and R. White, (U. Alabama, Tuscaloosa), Hubble Heritage Team (STScI/ AURA), NASA

이것이 나선 은하계가 될 수 있을까? 사실, NGC 3314는 우연에 의해 거의 한줄로 선 두 개의 거대한 나선 은하계로 구성돼 있다. 전면의 은하계는 거의 우리쪽을 보고 있는데, 그것의 바람개비 모양은 젊고 밝은 성단으로 보인다. 하지만 배경 은하계의 빛에도 불구하고 성간 먼지의 어두운 그림자들의 띠는 전면 은하계에서 볼 수 있다. 그 먼지의 띠는 놀랍게도 온통 퍼져 있고, 이 겹쳐 있는 은하계는 멀리 떨어진 나선 은하계의 먼지를 직접 가시광선으로 구분할 수 있는 몇 안 되는 체계중 하나이다. NGC 3314는 바다뱀자리 쪽으로 약 1억 4천만 광년 떨어져 있다. 이 색깔 합성 사진은 1999~2000에 찍힌 허블 우주 망원경 사진에서 만들어진 것이다.


안드로메다 은하, M31 (M31: The Andromeda Galaxy)


Credit & Copyright: Robert Gendler (robgendlerastropixs.com)

안드로메다 은하계는 우리 은하계와 가장 가까운 큰 은하계이다. 우리 은하계는 안드로메다 은하계와 많이 닮았다고 생각된다. 이 두 은하계는 국부 은하군을 지배한다. 안드로메다 은하계로부터 확산되는 빛은 안드로메다 은하계를 구성하는 수천억 개의 별들에 의한 것이다. 안드로메다 은하계를 둘러싸고 있는 몇몇 뚜렷한 별들은 사실 우리 은하계 안에 속해 있는, 안드로메다 은하계보다 훨씬 가까이 있는 별들이다. 안드로메다 은하계는 종종 M31이라고도 불리는데 이는 메시에 목록의 31번째에 위치해 있기 때문이다. M31은 아주 멀리 떨어져 있어서, 우리가 빛의 속도로 간다고 해도 안드로메다 은하계까지 약 2백만 년이 걸린다. M31은 육안으로도 볼 수 있지만, 이 사진은 작은 망원경으로 찍은 스무 장의 사진을 디지털 합성한 것이다. 중심 부분이 두 개의 핵으로 존재할 수 있는 이유를 비롯한 M31의 많은 부분이 알려지지 않은 채로 남아 있다.


NGC 4676 - 쥐들이 부딪힐 때 (NGC 4676: When Mice Collide)

Credit: ACS Science & Engineering Team, NASA

두 개의 거대한 은하계들은 떨어진 거리에서 서로를 잡아당기고 있다. 긴 꼬리 때문에 "쥐들"이라는 이름으로 알려진 두 개의 나선 은하계는 이미 서로를 관통했다. 그들은 합체하여 하나가 될 때까지 충돌을 반복할 것이다. 긴 꼬리들은 은하계들의 가까운 부분과 먼 부분의 상대적인 중력차로 인해 생긴다. 크기가 매우 크기 때문에, 이 우주적 상호 작용은 수억 년 이상에 걸쳐 아주 천천히 이루어진다. NGC 4676은 머리털자리 방향으로 약 3억 광년 떨어져 있고, 머리털자리 은하단의 구성원인 것처럼 보인다. 이 사진은, 이전의 허블 카메라보다 더 민감하고 더 넓은 지역을 찍을 수 있는 허블 우주 망원경 조사를 위한 확장 카메라로 찍은 것이다.


타원 은하 M87 (Elliptical Galaxy M87)

Credit & Copyright: Canada-France-Hawaii Telescope, J.-C. Cuillandre (CFHT), Coelum

타원 은하 M87은 우리 은하계와 많이 달라 보이는 형태이다. 심지어는 타원 은하라고 해도 M87은 특이하다. M87은 평균적인 은하보다 훨씬 크고, 처녀자리 은하계들의 모든 성단 근처에 있는 것처럼 보인다. 게다가 비정상적으로 많은 갯수의 구상 성단들이 보인다. 이러한 구상 성단들은 M87의 밝은 중심부를 둘러싸고 있는 희미한 점들로 나타나 있다. 일반적으로, 타원 은하들에는 나선 은하들과 비슷한 양의 별들이 있지만, 타원 은하의 모양은 타원형이고 (나선 은하는 대부분 납작하다) 가스와 먼지가 거의 없다. M87의 이 사진은 하와이의 Mauna Kea의 휴화산 정상에 있는 캐나다-프랑스-하와이 망원경에 의해 최근 찍혔다.


허블 망원경으로 본 고리 은하 AM 0644-741 (Ring Galaxy AM 0644-741 from Hubble)

Image Credit: Hubble Heritage Team (AURA / STScI), J. Higdon (Cornell) ESA, NASA


어떻게 한 은하계가 고리같은 모양을 할 수 있을까? 사진 오른쪽 푸른 은하계의 가장자리는, 새롭게 형성되었고 극도로 밝은 거대 질량의 별들로 이루어진, 지름 150,000 광년의 거대한 고리같은 구조물이다. 이 AM 0644-741 은하계는 고리 은하로 알려져 있고 거대한 은하계 충돌로 만들어졌다. 은하계들이 충돌할 때, 그것들은 서로를 통과하지만, 각각의 별들이 충돌하는 일은 거의 없다. 고리와 비슷한 모양은 작은 은하 전부가 큰 은하를 관통할 때 생기는 중력 붕괴에 의해 만들어진 것이다. 이런 일이 생기면, 성간 가스와 먼지는 압축되어 마치 연못의 표면에서 파장이 일듯 별 생성의 파장이 충돌 지점에서 밖으로 나온다. 작은 은하계는 허블 우주 망원경으로 찍은 사진 영역 밖으로 움직였고 허블 망원경 발사 14주년 기념일인 지난 토요일에 발표되었다. 고리 은하 AM 0644-741은 약 3억 광년 떨어져 있다.


NGC 300의 별들 (The Stars of NGC 300)

Image Credit: Hubble Heritage Team (AURA / STScI), ESA, NASA

우주적인 해안의 모래 알갱이처럼, 거대한 나선은하 NGC 300 안에 있는 각각의 별들은 허블 우주 망원경의 Advanced Camera for Surveys (ACS) 로 찍은 이 섬세한 사진 속에 가득하다. 이 은하계의 안쪽 지역은 밝고 빽빽하게 둘러싸인 은하 중심부와, 별들과 섞인 은하면상의 어두운 먼지의 길들을 포함하여 약 7,500 광년 펼쳐져 있다. NGC 300은 6500만 광년 떨어져 있고 일부는 남쪽 조각실자리를 이룬다. NGC 300 안의 그 많은 별들을 구분할 수 있는 허블 망원경의 유일한 능력은, 은하계 바깥의 원거리 측정 기술을 닦는 데 사용될 수 있다.


은하계 중심으로의 여행 (Journey to the Center of the Galaxy)

Credit: MSX, IPAC, NASA

줄 베른의 고전 SF소설 "지구 중심으로의 여행"에서, 하드윅 교수와 그의 동료 탐험대는 이상하고 흥미로운 많은 신비를 만난다. 우리 은하계 중심부에는 어떤 신비가 있을까? 천문학자들은 광대한 티끌 구름, 밝은 성단들, 가스의 소용돌이, 심지어는 초거대 블랙홀과 같은 기괴한 천체들이 그곳에 있을 것이라는 것을 알고 있다. 은하계 중심부는 사이에 끼어 있는 먼지와 가스 때문에 가시광선으로는 볼 수 없으나, 다른 형태인 전자파 방사선을 이용하여 볼 수 있다. 자외선으로 은하계 중심부를 찍은 이 사진은 미드코스 우주 실험 (MSX) 위성의 자료를 사용하여 구축되었다. 세 개의 중간 적외선에 민감한 띠는, 별빛에 의해 가열되었을 은하계 중심부 근처의 티끌 구름으로부터의 열 방출을 알려주는 파랑색과 녹색, 그리고 적색으로 도식화하고 있다. 은하면은 이 사진의 중간 부분을 가로지르며, 은하 중심은 이 사진의 중심부에 있다


NGC 6946을 향하기 (Facing NGC 6946)

Credit & Copyright: Robert Gendler

우리 은하계 안의 우리 위치에서 우리는 NGC 6946을 본다. 크고 아름다운 이 나선은하는 케페우스자리의 별들 뒤에 1억 광년 떨어진 곳에 있다. 밝은 중심부에서 부서진 나선팔들의 색깔들은 은하계 중심부 늙은 별들로부터의 노란색 빛에서부터 젊고 푸른 별들과 붉은 별 생성 지역에서의 충격적인 변화를 보여준다. NGC 6946은 높은 별 생성 및 소멸률을 기록하고 있으며, 자외선으로 보았을 때도 밝게 나타나고 가스와 먼지가 가득하다. 사실 20세기 동안 적어도 6개의 초신성 (고질량의 별들이 죽음에 이르렀을 때의 폭발) 은 NGC 6946에서 발견되었다.


날카로운 은하계 NGC 4565 (NGC 4565: Galaxy on the Edge)

Credit: Bruce Hugo and Leslie Gaul, Adam Block (KPNO Visitor Program),
NOAO, AURA, NSF

장대한 나선은하 NGC 4565는 지구에서 날카롭게 보인다. 모양새 때문에 바늘 은하계로도 알려져 있는 밝은 NGC 4565는 희미하지만 잘 다듬어진 머리털자리에 있기 때문에 북반구 쪽에서는 봄에 망원경으로 많이들 관찰하는 것이기도 하다. 이 사진은 이 은하계의 늙고 노르스름한 별들로 인한 빛이 많은 중심핵 부분이 부풀어오르는 것을 보여주고 있다. 중심 부분은 NGC 4565의 얇은 은하면상의 티끌이 이루는 보이지 않는 선으로 잘려져 있다. 우리 은하계와 비슷한 거대한 섬 우주인 NGC 4565는 3억 광년밖에 떨어져 있지 않지만, 지름은 10만 광년 이상이다. 사실, 몇몇 사람들은 NGC 4565를 메시에가 놓친 두드러진 걸작품이라 여기기도 한다.


이상한 나선은하, M66 (Unusual Spiral Galaxy M66)

Credit & Copyright: Canada-France-Hawaii Telescope, J.-C. Cuillandre (CFHT), Coelum

왜 나선은하 M66은 대칭이 아닐까? 대부분 가스와 먼지, 그리고 새로 탄생한 별들의 파동은 나선은하의 중심부를 축으로 원운동하고 거의 대칭을 이루는 모양을 하고 있다. M66의 나선팔들과 핵 부분의 뚜렷이 보이는 시운동과의 차이는 이웃 은하인 M65의 시간에 따라 변하는 중력에 기인한 것으로 생각된다. 사진에 나온 나선은하 M66은 길이가 약 10만 광년 되고, 지구에서 약 3500만 광년 떨어져 있으며, M65와 NGC 3628를 포함하는 사자자리 삼각형의 가장 큰 은하계이다. 많은 나선은하들처럼, M66 은하의 길고 복잡한 먼지들이 이루는 줄들은, 나선팔을 빛나게 해주는 밝은 별들과 성운들로 서로 얽혀 있다.


허블 울트라 딥 필드 (The Hubble Ultra Deep Field)

Credit: S. Beckwith & the HUDF Working Group (STScI), HST, NASA

이 사진은 오늘 오후 (동부 표준시로 9~10 am) 새롭게 발표되는 허블 울트라 딥 필드 (HUDF) 로 바뀔 것이다. HUDF는 가시광선으로 찍힌 것중 가장 먼 우주를 찍은 것이라 예상된다. 그리고 지금껏 발견된 은하계들 중 가장 오래된 은하계 (우주의 나이가 현재 나이의 5%밖에 되지 않았을 때인 암흑 시대 직후에 형성된 은하계) 의 표본을 보여주고 있으리라 예상되고 있다. 허블 우주 망원경의 NICMOS와 새로운 ACS 카메라가 그 사진을 찍었다. 같은 지점을 거의 3개월간 관측하고 있는 HUDF는 오리지널 허블 딥 필드 (HDF) 보다 몇몇 색깔에 있어서 4배 민감하다고 보고된 바 있다


초기 우주의 은하단 (Galaxy Cluster in the Early Universe)

Credit: P.Rosati (ESO) et al.; X-Ray: CXC, NASA / Optical: ESO, VLT

오래전에 중세 연금술사들은 비(卑) 금속을 금으로 바꾸는 것을 꿈꿔왔다. RDCS 1252.9-2927로 분류되는 이 거대한 은하단은 경(輕)원소에서 중(重)원소로 바꾸어 왔다. 이 인공색 합성 사진에서 붉은 색과 노란 색, 그리고 녹색으로 보이는 각각의 은하단은 자외선에 가까운 영역과 가시 영역으로 볼 수 있다. X선 자료 (보랏빛) 는 중원소가 풍부한 뜨거운 성간 가스를 나타내 준다. 궤도상의 찬드라 망원경과 XMM-뉴턴 X선 망원경, 허블 우주 망원경, 그리고 지상의 VLT를 사용하는 천문학자들의 주위를 끄는 그 은하단은 지구에서 거의 90억 광년 떨어져 있다... 그리고 그것은 우주가 50억 살이 되기 전의 시간 속에 존재한다. 우리 태양의 200조 배 이상의 질량을 가진 이 은하단은, 우주가 젊었을 때의 시간 속에서 발견된 것들 중 가장 질량이 크다. 이 은하단에 있는 대부분의 원소는, 거대한 별들에 의해 대부분의 중원소들이 초기에 합성되었다는 가설과 부합하지만, 현재 이론들은 초기 우주에 그렇게 거대한 은하단은 드물었을 것이라고 주장한다


NGC 4622의 나선팔 (The Spiral Arms of NGC 4622)

Credit: G. Byrd, R. Buta, (Univ.Alabama, Tuscaloosa), T. Freeman (Bevill State College), NASA

모닝커피를 저으며 우주적인 생각을 하는 천문학자들은, 허블 우주 망원경이 찍은 이 나선은하 NGC 4622 사진을 보며 반시계 방향으로 회전하고 있다는 것을 알 것이다. 센타우루스자리로 1억 광년 떨어져 있으며 바로 뒤에는 밝고 푸른 성단들과 어두운 먼지 무리들이 있는 NGC 4622의 화려한 외부 나선팔은 어쩌면 커피의 회전과 같이 감겨져 있을 것이다. 하지만 이 은하계를 잘 살펴보면, 내부 나선팔은 뚜렷하게 반대 방향으로 감겨 있다. 그렇다면 이 은하계는 어느 쪽으로 회전하고 있는 것일까? 지구상의 분광기를 사용하여 얻은 자료와 세밀한 허블 망원경 자료를 종합할 때 놀랍게도 이 은하계는 시계 방향으로 돌고 있고 외부 나선팔은 회전 방향으로 밖으로 퍼져나가고 있을 가능성이 높다. 과거 소형 동반 은하계와의 충돌이 NGC 4622 나선팔의 기괴한 회전 (알려진 거대한 나선 은하들 중에서는 유일) 에 영향을 미쳤다는 심화된 표시들도 있다.


먼지와 별들의 나선팔, NGC 613 (NGC 613: Spiral of Dust and Stars)

Credit: M. Neeser (Univ.-Sternwarte M?chen), P. Barthel (Kapteyn Astron. Institute), H. Heyer, H. Boffin (ESO), ESO

칠레의 Paranal 관측소에 아침이 왔을 때, 천문학자인 Mark Neeser와 Peter Barthel은 수십억 광년 떨어져 있는 희미한 퀘이사를 찾는 것을 중단했다. 그리고 아주 잠깐, 그들은 근처 우주의 아름다움을 감상하기 위해 '유럽 남부 관측소'의 '매우 큰 망원경들'을 사용했다. 남쪽 별자리인 조각실자리 쪽으로 6500만 광년밖에 떨어지지 않은 아름다운 막대 나선 은하인 NGC 613의 이 장대한 사진을 얻었다. 10만 광년 이상의 지름을 갖고 있는 NGC 613은, 지배적인 중심부 막대의 끝부분에 있는 밝은 별 형성 지역과 우주 먼지 구름으로 줄무늬가 있는 나선팔보다 더 많은 것을 가지고 있는 것처럼 보인다. 전파 방출은 NGC 613의 중심부에 거대한 블랙홀의 존재를 암시한다.


아름다운 은하계 M64 (M64: The Sleeping Beauty Galaxy)

Credit: NASA and the Hubble Heritage Team (AURA/STScI), S. Smartt (IoA) & D. Richstone (U. Michigan) et al.

이 아름다운 은하계는 얼핏 보면 평화롭게 보이지만, 사실은 요동을 치고 있다. 돌발적인 비틀림에서 최근 관측에 의하면 이 나선 외부 지역의 기체는 모든 별들과 반대 방향으로 회전하고 있다. 내부와 외부 기체간 충돌은 많은 고온의 푸른 별들과 자줏빛의 발광 성운을 만들어낸다. 이 사진은 2001년에 허블 우주 망원경이 찍었고 지난주에 발표되었다. NGC 4826으로도 분류되는 M64의 환상적인 내부 움직임은, 아직 결과물질이 식지 않은 큰 은하계와 작은 은하계의 충돌에 의한 결과라 생각된다


NGC 1569, 작은 은하계에서의 별 폭발 (NGC 1569: Starburst in a Small Galaxy)

Credit: ESA, NASA, P. Anders (G?tingen Univ.) et al.

장대한 은하계는 종종, 아름답고 균형있는 나선팔 위에 있는 그들의 젊고 밝은 푸른 성단을 휘날리며 모든 영광을 차지하는 것처럼 보인다. 하지만 작고 불규칙한 은하계도 별들을 생산한다. 사실, 이 그림에 나온 것처럼, 소형 은하계인 NGC 1569 는 2500만 년 전에 갓 시작됐지만 분명히 별 형성 활동을 하고 있다. 잇따르는 사나운 환경은 우주적 폭발이 물질을 내쏟고 또다른 별 형성을 있게 만드는 초신성 폭발에 의해 조성된다. 두 개의 큰 성단 - 우리 은하계의 구상성단과 비슷한데 젊은 별들로 이루어진 것들 - 은 이 화려한 허블 우주 망원경 사진의 왼쪽에 볼 수 있다. 이 사진의 너비는 NGC 1569를 포함하여 1,500 광년이다. 거의 7백만 광년 떨어진 이 상대적으로 가까운 별 폭발 은하계는 천문학자들에게 급속히 진화하는 은하계의 별들을 연구할 수 있는 좋은 기회를 제공해 준다. NGC 1569는 긴 별자리인 기린자리에 있다.


안테나 은하계로부터의 X선 (X-Rays From Antennae Galaxies)

Credit: G. Fabbiano (CfA) et al., CXC, SAO, NASA

찬드라 망원경으로 찍은 이 인공색 X선 사진에서 블랙홀과 중성자별 집단은 수백만 ℃의 기체 구름들 사이의 밝은 점과 같이 빛난다. 두 은하계 NGC 4038과 NGC 4039의 중심부를 포함하는 이 사진은 너비가 8만 광년이다. 두 은하계는 약 6천만 광년 떨어진 까마귀자리 안에서 충돌하고 있다. 가시 영역으로 보았을 때, 잔해에서 발하는 길고 밝으며 덩굴같은 구조로 인해 안테나 은하계라는 이름이 붙었다. 은하계 간의 충돌은 현재 매우 정상적인 것으로 생각되고 있지만, 별이 직접 충돌하는 일은 거의 없다. 대신 기체와 먼지 구름들은 합쳐지거나 압축되어 수천 개의 초신성들을 포함한 거질량 별들의 맹렬한 탄생을 야기한다. 폭발하는 별들에 의해 중(重)원소가 풍부한 충격 받은 기체 덩어리들과 충돌한 별의 핵부분들이 흩뜨러져 있다. 우주적인 교통사고를 바라보는 천문학자들은 관측을 계속하면서, 우리 은하계에서는 볼 수 없는 충돌로 인한 은하계의 진화 과정을 감상하기 시작한다.


나선 은하 NGC 1232 (Spiral Galaxy NGC 1232)

Credit: FORS1, 8.2-meter VLT Antu, ESO

은하계는 가시 영역에서뿐 아니라 비 가시 영역에서도 화려하다. 새로운 거대 망원경들 중 하나로 자세히 찍은 대 나선 은하인 NGC 1232가 그 좋은 예이다. 가시 영역은, 중심부 주위를 도는 나선팔의 중력 소용돌이에 끌려온 수백만 개의 밝은 별들과 어두운 먼지들이 차지하고 있다. 밝고 푸른 별들을 포함하는 산개성단들은 이러한 나선팔들을 따라 흩어져 있는 것을 볼 수 있고, 고밀도 성간 먼지의 검은 띠는 그것들 사이에 흩어져 있는 것을 볼 수 있다. 좀 흐릿하게 보이지만 볼 수는 있는 것들은, 무거운 질량을 이용하여 내(內)은하계의 원동력을 쥐고 있는 것처럼 보이는 수십억 개의 어두운 보통 별들과 광대하게 펼쳐져 있는 성간 가스들이다. 볼 수 없는 것들은 우리가 아직 모르는 형태의 더 많은 물질들 (외(外)은하계의 관측 가능한 움직임을 설명하기 위해 필요한 넘치는 암흑 물질) 이다. 무엇이 있길래?


고래 은하, NGC 4631 (NGC 4631: The Whale Galaxy)

Credit: Diane Zeiders, Adam Block (KPNO Visitor Program), NOAO, AURA, NSF

NGC 4631은 북쪽의 작은 별자리인 사냥개자리 쪽을 향해 2500만 광년밖에 떨어지지 않은 커다랗고 아름다운 나선 은하이다. 이 은하계의 약간 뒤틀린 쐐기 모양은 한 마리의 물고기같아서, 고래 은하라는 별명이 붙은 이유를 알게 해 준다. 이 은하계는 우리 은하계와 크기가 비슷하다. 이 멋진 컬러 사진에서, 고래자리의 어두운 성간 먼지 구름과 젊고 밝은 푸른 성단, 그리고 자줏빛의 별 탄생 지역을 찾아내는 것은 어렵지 않다. 이웃인 소형 타원형 은하계 NGC 4627 은 고래 은하 위에 있다. 왼쪽 아래 사진 밖에는 하키 스틱 모양의 또 다른 뒤틀린 은하계 NGC 4656 이 있다. 다른 파장으로 보았을 때 감지되는 기체와 먼지의 뒤틀림과 혼합은, 이 세 개의 은하계들이 과거에 만났었다는 것을 암시한다. 고래 은하는 X선으로 보았을 때 원광 모양으로 타오르는 뜨거운 기체의 분출로도 잘 알려져 있다.


초기 우주의 예상치 못한 은하 끈 (Unexpected Galaxy String in the Early Universe)

Illustration Credit: Povilas Palunas (U. Texas) et al., NSF, NASA

그렇게 긴 은하 끈이 초기 우주에 어떻게 생길 수 있었을까? 초기 우주의 은하계들과 성단들의 몇몇 새로운 측정은, 새로운 표준인 "암흑 에너지" 우주론으로 예상했던 것보다 더 큰 구조 (은하계와 성단들도 연관되어 있다) 를 알려주고 있다. 암흑 에너지는 그렇게 거대한 구조를 만들 수 있지 못하다는 것에 논쟁의 초점이 맞춰져 있다. 옛 표준 우주론 (이상할 것은 없지만 충만한 암흑 에너지) 의 지지자들은 이러한 새로운 측정들이 새롭게 보급중인 이상한 우주를 인정하지 않도록 하기를 희망한다. 그러나 예전에, 지난 10 년이 넘는 기간 동안의 몇몇 독립적인 에너지원으로부터 수집된 자료들은 도전적인 새 패러다임을 지지할 뿐이다. 만약 새로운 자료가 전형적인 것이 아니거나, 비교 컴퓨터 시뮬레이션이 한 쪽으로 치우친 것이 아니라면 타협은 아직 가능하다. 이 사진은 컴퓨터가, 크기를 고려한 은하계들의 끈을 보여 주는 우주를 나타낸 것이다. 가운데 상자는 한 면이 약 3억 광년 크기이다


GALEX로 본 안드로메다 은하 (The Andromeda Galaxy from GALEX)

Credit: GALEX team, Caltech, NASA

안드로메다 은하에는 왜 그렇게 거대한 고리가 있을까? 우리 은하계에서 가장 가까운 큰 은하를 자외선으로 보면 나선형이라기보다는 고리형에 가깝게 보인다. 4월에 지구 선회 궤도를 향해 발사된 인공위성인 은하 혁명 탐사선(GALaxy Evolution Explorer; GALEX)이 찍어서 최근에 공개된 이 안드로메다(M31) 모자이크 사진에서, 그 고리는 아름답게 강조되어 있다. 이 사진은 자외선 색깔을 가시광선 영역으로 옮긴 것이다. 젊은 푸른 별들이 대부분인데, 이것은 은하 중심에서 떨어진 곳인 고리 부분에서도 별 탄생 지역이 있다는 것을 암시한다. 지름 150,000광년의 거대한 고리의 탄생 기원은 알려져 있지 않지만, 안드로메다 은하 근처에서 운동하는 작은 위성 은하와의 중력 작용과 관련되어 있을 것이다. M31은 약 300만 광년 떨어진 곳에 있고 쌍안경 없이도 안드로메다 자리에서 볼 수 있을 정도로 밝다.


Arp 81, 1억 년 후 (Arp 81: 100 Million Years Later)

Credit: W. Keel (Univ. Alabama), K. Borne (George Mason Univ.), NASA

설명: 서로의 충돌 이후 1억년밖에 지나지 않았기 때문에, Arp 81라 분류된 두 은하계를 강력히 상호작용하는 것으로 보인다. 그들의 불길한 충돌기간 동안 중력에 의한 무질서(가스와 먼지의 엉켜 버린 흐름과 거대한 별을 형성하는 난장판, 그리고 그 난장판을 뒤덮는 약 20만 광년 거리까지 뻗는 주기적인 꼬리)는, 허블 우주 망원경으로 찍은 이 색 혼합 사진에 잘 나타나 있다. NGC 6622 (왼쪽)와 NGC 6621로도 알려져 있는 은하계들은 크기에 있어서 대충 엇비슷하지만 결국 반복되는 접근을 통해 먼 미래에는 합쳐질 운명이다. 용자리에 위치한 그 은하계들은 2억 8천만 광년 떨어져 있다.


담배 은하로부터의 강한 바람 (A Superwind from the Cigar Galaxy)

Credit & Copyright: FOCAS, Subaru 8.2-m Telescope, NAOJ

담배 은하에 불을 붙이는 것은 무엇일까? 최근 이웃의 거대 나선 은하인 M81는, 불규칙 은하인 것도 알려져 있는 M82를 휘저어 놓았다. 그러나 이것이, 바깥으로 뻗어가는 붉게 타오르는 가스의 원천을 완벽하게 설명하지는 못한다. 최근의 증거는, 이 가스가 많은 별들에 의해 밖으로 나가는 바람(은하계의 "돌풍")에 의해 바깥으로 뻗어가고 있는 것일지 모른다고 알려준다. 새로운 Subaru 망원경이 찍어서 최근에 공개된 이 사진은, 이온화된 수소 가스에서 강하게 방출되는 붉은 빛을 강조해서 이 가스의 가는 실 모양의 것들을 자세히 보여 준다. 그 가는 실들은 10,000 광년 이상 거리로 뻗어 있다. 1200만 광년 떨어진 담배 은하는 적외선으로 보았을 때 가장 밝은 은하이고, 작은 망원경으로도 큰곰자리에서 찾아볼 수 있다.


큰개자리 왜성: 새로 발견된 가장 가까운 은하계 (Canis Major Dwarf: A New Closest Galaxy

Illustration Credit & Copyright: R. Ibata (Strasboug Observatory, ULP) et al., 2MASS, NASA

우리 은하계에서 가장 가까운 은하계는 무엇일까? 이 오래된 질문에 대한 새로운 답은 큰개자리의 소형 은하계이다. 몇년동안 천문학자들은 대 마젤란 성운(LMC)가 가장 가까운 것이라고 생각했지만, 1994년부터 궁수자리의 소형 은하가 그것을 대신해 왔다. 하지만 최근 관측에 의하면 큰개자리의 소형 은하는 단지 우리 은하계 중심으로부터 42,000광년 떨어져 있을 수 있는데, 그 거리는 궁수자리 소형 은하의 약 4분의 3에 해당하는 거리이고 LMC로부터는 4분의 1에 해당하는 거리이다. 그 발견은 2MASS-sky 조사 자료에서 이루어졌는데, 그 조사는 가시광선을 투과하지 않는 우리 은하계 밖의 것들을 더 잘 볼 수 있는 적외선으로 한 것이다. 위 사진에 붙어 있는 설명은 새롭게 발견된 큰개자리 소형 은하와, 우리 은하와 관계있는 물질의 흐름을 표시한 것이다. 큰개자리 소형 은하와 다른 위성 은하는 우리 은하 주위를 돌거나 통과하면서 중력에 의해 천천히 분해되고 있다.


살쾡이자리 원호 (the Lynx Arc)

Credit: R.A.E. Fosbury (ESA/ST-ECF), et al., ESA, NASA, NOAO

북쪽에 있고 잘 보이지 않는 살쾡이자리 안의 은하단을 찍은 신비한 원호 스펙트럼을 추적하면서 천문학자들은 지금까지 발견된 것들 중 가장 거대하고 멀리 떨어져 있는 별 생성 지역에 대해 주저해 왔다. 유달리 붉은 "살쾡이자리 원호"는 이 은하단 사진(허블 우주 망원경과 지상의 자료를 합성한 것)의 가운데 오른쪽 부분에 있다. 은하단이 약 5십억 광년 거리로 퍼져 있어서, 분광기를 이용한 연구는 그 원호 자체는, 더 멀리 떨어져 있지만 거대한 별 생성 지역이 왜곡되어 있다는 것을 보여준다. 이 상은, 확대경과 같이 은하단의 중력을 받아 빛이 휘어져서 (아인슈타인의 중력 이론) 형성되었다. 사실, 괴물같은 별 형성 지역은 거의 120억 광년 떨어져 있고, 더 많이 알려져 있는 별 양성소인 오리온 성운보다 백만 배 정도 더 밝다. 살쾡이자리의 별 형성 지역은, 오리온 성운의 발광에 힘을 주는 네 개의 별과 비교해 보았을 때, 약 수백만 배 무겁고 뜨거운 별들이 있다고 추정한다. 살쾡이자리 원호에 있는 별들은 오리온 성운의 중심부 별들보다 두 배 뜨겁고 20억 살 먹은 우주가 탄생할 때 형성되었다. 하지만 여전히 천문학자들은 첫 번째 별들은 더 일찍 형성되었다고 믿고 있다.