은하계는 우리가 살고 있는 태양계를 포함한 아주 큰 우주 구조입니다. 이 은하계는 약 1000억 개의 별과 여러 가지 성단을 포함하고 있으며, 그 크기는 정말 상상할 수 없을 정도로 큽니다. 은하계가 어떻게 생겼는지 이해하는 것은 우주에 대해 더 잘 알 수 있는 중요한 첫걸음입니다. 이 글에서는 은하계의 기본적인 구성 요소와, 나선 은하와 성단이 어떤 특징을 가지는지, 또 성간물질이 무엇인지 쉽게 설명할 것입니다.
목차
1. 은하계의 개요와 구성 요소
은하계라는 우주 건축의 요소는 지금까지 살펴본 행성계와는 전혀 다른 차원의 것입니다. 태양계의 가장 먼 천체들은 5만 천문단위 정도 거리에 있는 오르트 구름 속에 있는데, 이것은 0.001광년도 못 되는 거리입니다. 반면 태양계가 속해 있는 은하계는 중심부가 부풀어 있는 거대한 원반 모양으로, 그 지름은 약 10만 광년 에 달합니다.
태양처럼 행성계를 거느린 항성들도 은하계 전체로 보면 아주 미미한 점일 뿐입니다. 우리가 은하계의 구조와 운동, 자기장 등에 대해 좀더 자세히 알 수 있는 것은 물 론 우리 은하, 은하수에 대한 연구를 통해서입니다.
2. 은하계의 구성요소
은하계는 지름 약 10만 광년, 두께 약 1만 5000광년의 원반 안에 약 1000억 개의 별을 포함하고 있습니다. 밤하늘에서 볼 수 있는 은하수는 이 원반의 한 단면입니다. 은하계 원반의 중심을 지나는 면을 ‘은하면’ 이라 합니다.
우리 은하계는 중심부가 부풀어 있고 나선형의 팔들이 휘말려 있는 ‘나선 은하’의 대표적인 예입니다. 다음 그림은 나선 은하 NGC 4414인데, 은하면이 약간 기울어져 보입니다. 만일 우리가 우리 은하계 바깥으로 나가 사진을 찍는다면, 이 사진과 아주 비슷할 것입니다. 은하계의 별들은 일반적으로 세 범주로 분류됩니다. 제1군에는 O와 B형의 별들과 아주 거대한 별들, 그리고 역시 O와 B형의 신생 별들로 이루어진 성단을 포함합니다.
제2군은 주로 적색 왜성이나 구상 성단 같은 별로 밝지 않은 별들로 이루어집니다. 이것은 아주 늙은 별들이 모인 것입니다. 이 두 가지 극단적인 유형 사이에, 중간 정도 밝기를 지닌 A부터 M형까지의 별들과 백색 왜성 등이 제3군을 이룹니다.
제1군의 별들은 주로 은하면 가까이 위치합니다. 특히 가장 밝은 별들은 나선팔 속에 있어서 은하 중심 주위를 빠른 속도로 회전합니다. 제2군의 별들은 은하 중심부와 은하핵 속에 흩어져 있어서 좀더 느리게 회전하지만 각기 나름대로 운동하고 있습니다. 중간의 제3군은 은하 중심으로부터 1300광년 정도 부근에 주로 모여 있습니다.
1) 성단
가스와 먼지로 된 구름이 수축하면 좀더 작은 구름들로 나뉘어, 그 각각의 구름이 별이 됩니다. 그 결과 한데 모인 수많은 별들이 생겨나게 되는데, 대부분의 경우 이 별들은 중력에 의해 서로 연결되어 있습니다. 성단은 크게 세 가지 유형으로 구분됩니다. 즉 OB 성협(星協)과 구상성단, 산개성단이 그것입니다.
OB 성협 이것은 O와 B형의 별들, 혹은 그보다 좀더 어두운 별들이 몇 개씩 모인 작은 별무리를 말합니다. 성협의 별들은 중력으로 연결되지 않으며, 시간이 가면 별들은 서로 멀어지고 성협은 해체됩니다. 은하계 전체의 수명에 견주면 O, B형의 별들은 젊으며, 수소와 헬륨 그리고 오래된 별의 핵융합에서 생겨나는 금속을 비롯한 무거운 화학 요소들로 이루어져 있습니다.
2) 구상 성단
이것은 비교적 늙은 별들의 집단이라고 할 수 있습니다. 이 성단에는 거의 은하계 자체만큼이나 오래된, 약 120~140억 년쯤 된 별들이 들어 있습니다. 대부분이 적색 거성, 주황색이나 적색 왜성 그리고 백색 왜성들입니다. 구상 성단에 들어 있는 별들의 수는 수만에서 수백만까지 다양합니다.
이 별들은 지름이 50~300광년 정도 되는 구형을 이루며 모여 있는데, 중심에 가까울수록 별들은 더 빽빽하게 모여 있습니다. 몇몇 성단의 구체적인 위치를 관측해보면 그것들이 매우 헤일로 은하의 중심부나 원반 주위를 둘러싸고 있는 구 모양의 영역으로, 빛으로 관측되는 부분보다 훨씬 큰 경우가 많습니다.
긴 타원 궤도를 그리면서 은하 중심 주위를 돌고 있음을 알 수 있습니다. 그 주기는 2억 년쯤 됩니다. 이 성단이 발하는 빛은 은하계 중심을 둘러싼 ‘은하 헤일로’를 이루며, 은하가 본래 구체였음을 상기시킵니다. 산개성단 이것은 중력으로 연결된 수십 내지 수천 개의 별이 모인 것입니다.
이런 성단들은 은하 원반 안에 위치하며 그 크기는 10~30광년 사이입니다. 대체로 산개성단은 비교적 젊은 별들로 이루어지며, 대개 은하의 나선팔에 위치합니다. 성단 내부의 별들은 불규칙한 분포를 보이며, 산개성단에 속한 모든 별들은 동일한 가스 구름에서 태어났으므로 화학적 성분이 같습니다. 성단 내 별의 진화는 최초의 별 질량에 달려 있습니다.
3) 성간물질
별들 사이의 공간은 비어 있는 것이 아니라 가스와 먼지를 포함하고 있는데, 이것도 은하를 이루는 무시할 수 없는 요소로 은하 전체 물질의 10%를 차지합니다. 성간물질의 대부분은 불규칙한 구름 모양으로 모여서 이른바 성운을 이룹니다.
이런 성운 중 몇몇의 목록을 처음으로 만든 사람은 천문학자 샤를 메시에 (Charles Messier, 1730~1817)였습니다. 그래서 성운들은 오늘날에도 메시에의 이름을 딴 M과 그가 만든 목록의 숫자로 지칭됩니다. 가령 궁수자리에 있는 라군 성운은 ‘M8 성운’이라는 식입니다. 이것은 하늘에서 가장 아름다운 성운 중 하나로, 아주 고온의 푸르스름한 별들로 이루어진 산개성단 NGC 6530을 포함합니다.