[하정열의 시·그림과 함께 떠나는 우주여행](43) 안드로메다은하

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 타이탄의 우주정거장에서 특수망원경으로 바라본 안드로메다은하는 지구에서 바라본 모습에 비해 별 하나하나가 보이듯 훨씬 선명하며 매우 매혹적이다. 안드로메다은하는 지구가 속한 우리은하와 같은 나선은하에 속하는 외계은하로, M31 혹은 NGC 224라고도 부른다. 여기서 '안드로메다'는 그리스 신화에 나오는 에티오피아왕 케페우스와 왕비 카시오페이아 사이에서 태어난 딸의 이름이다.

20세기 초반까지도 하늘에서 보이는 모든 별과 성운이 우리은하 안에 있고, 우리은하가 우주의 전체라고 생각했다. 아인슈타인(Albert Einstein)은 1917년에 우리은하에 있는 별에 대한 정보를 바탕으로, 최초의 우주론 모형을 세우기도 했다.

허블(Edwin Hubble)은 1923년에 안드로메다은하와 삼각형자리은하(M33)에서 다수의 세페이드변광성을 발견하고, 이를 이용하여 두 은하의 거리를 측정하여 90만 광년의 값을 얻었다. 이 결과 두 은하가 우리은하 바깥에 있는 외부은하이며, 하늘에서 작고 어둡게 보이는 안드로메다성운이 실제로는 우리은하와 크기가 비슷한 거대한 은하임이 밝혀졌다. 이로써 안드로메다성운은 우리은하와 대등한 은하로서의 지위를 얻게 되었고, 안드로메다은하로 불리게 되었다. 안드로메다은하는 우주가 이전에 알고 있던 것보다 훨씬 크다는 것을 처음으로 인류에게 알려준 은하이다.

안드로메다은하는 우리은하처럼 거대 나선은하에 속한다. 우리은하에서 약 230만 광년 떨어져 있으나 겉보기 크기는 보름달의 6배나 되며, 뿌옇고 희미한 성운처럼 보인다. 가을에 북반구 어두운 곳에서는 맨 눈으로도 잘 볼 수 있다. 우리은하에 속한 4000억개의 별보다 2.5배 이상이나 많은 약 1조개의 별로 이루어져 있으며, 질량은 태양의 1조배로서, 우리은하의 질량과 비슷하다. 은하의 직경은 우리은하의 10만 광년보다 2배 이상인 22만 광년이다.

안드로메다은하는 우리은하와 더불어 국부은하군에 속하며, 다수의 구상성단과 위성은하를 가지고 있어 은하형성 연구에 큰 도움이 된다. 밤하늘이 충분히 어둡다면 카시오페아자리와 페가수스자리의 사각형 사이에서 육안으로 뿌옇게 조각구름처럼 보이는 천체가 있는데, 바로 안드로메다은하이다. 안드로메다은하에서 가장 잘 보이는 부분은 납작하게 보이는 원반이며, 원반의 중심부에는 둥글게 보이는 중앙팽대부가 있고, 원반의 바깥까지 널리 둥글게 퍼져 있는 헤일로가 있다. 원반에는 별과 성간물질이 있으며, 별들이 계속 태어나고 있어 다른 부분에 비해 밝게 보인다.

성간물질 중에서 차가운 성간먼지는 빛을 흡수하므로 광학사진에서는 검게 보이지만, 흡수한 에너지를 적외선으로 방출하므로 적외선사진에서는 밝게 보인다. 자외선사진에서는 원반에 있는 젊고 무거운 별에서 나오는 빛이 잘 보인다. 중앙팽대부는 은하중심부에서 둥글게 보이는 구조이며, 나이가 수십억 년 이상인 늙은 별이 매우 많이 모여있어 밝게 보인다. 중앙팽대부의 중심에는 작은 핵이 두 개 있으며, 이 중 어두운 핵이 은하의 중심에 해당한다. 이 핵의 중심부에는 질량이 태양의 1억배 정도되는 매우 무거운 블랙홀이 있다.

우주는 암흑물질과 암흑에너지가 약 95% 이상을 차지하고 있다고 추정되고 있다. 암흑물질의 존재는 19세기 말부터 제안되었다. 그중 암흑물질의 존재를 보여주는 가장 강력한 증거는 안드로메다은하의 회전에 대한 연구로부터 나왔다. 1970년대에 루빈(Vera Rubin)과 포드(Kent Ford)가 안드로메다은하의 바깥부분이 암흑물질이 없을 경우에 비해 매우 빠르게 회전하고 있다는 것을 발견하였고, 다른 나선 은하들도 비슷한 특징을 보이고 있음을 밝혔다. 안드로메다은하의 회전곡선은 암흑물질의 존재를 보여주는 강력한 증거가 되었으며, 이를 계기로 하여 1980년대부터 세계 천문학계에서는 암흑물질의 존재를 인정하기 시작하였다.

우리은하에는 약 180개의 구상성단이 있는 것으로 알려져 있다. 이들은 나이가 80억년 이상이며, 평균 나이가 120억년으로써 우주에서 가장 나이가 많은 천체이다. 그러나 안드로메다은하에서는 이보다 훨씬 많은 수의 구상성단이 발견되었다. 안드로메다은하의 구상성단은 대부분 우리은하의 구상성단과 마찬가지로 나이가 많다.

안드로메다은하와 우리은하는 국부은하군에서 가장 무거운 구성원들로서 서로의 운명에 영향을 미치고 있다. 안드로메다은하는 우리은하를 향하여 초속 300㎞의 속도로 다가오고 있다. 이는 우주팽창의 개념에 어긋나는 것처럼 보이는 데, 두 은하 사이에 작용하는 중력의 영향이 우주팽창 효과보다 크기 때문에 나타나는 현상이다. 이로부터 두 은하의 미래를 예측할 수 있다. 시간이 가면서 두 은하 사이의 거리는 점점 줄어든다. 40억 후에는 두 은하가 직접 충돌하고 그 과정에서 조석력 때문에 두 은하가 파괴되기 시작한다. 70억년 후에는 두 은하가 완전히 파괴되면서 합쳐져서 거대한 타원은하가 될 것으로 예상한다. 우리의 후손들이 그때까지 우주 곳곳에서 번성할 수 있다면 얼마나 좋을까?

우리는 1970년대 일본 TV드라마 ‘은하철도999’를 감명깊게 보았다. 이 작품은 발표 당시로는 먼 미래였던 서기 2221년을 배경으로 쵤영된 에니메이션영화다. 엄마를 잃은 소년 철이(원작 이름 데쓰로)가 영원히 죽지 않는 기계인간이 되기 위해 신비한 여인 메텔과 은하열차를 타고 안드로메다은하로 향한다는 내용이다. 당시에 안드로메다은하는 그 정체가 베일에 가려져 있었지만, 지금은 다양한 관측수단의 발달로 실체의 모습을 드러내고 있다.

이러한 동경의 안드로메다은하의 모습을 100호 크기의 그림 ‘안드로메다은하2310001P’로 표현하고, 우리은하의 이웃은하로서 앞으로 합쳐질 미래를 생각하며, 시 ‘우리안드로은하’를 지었다.

우리안드로은하

수수억년을 우리은하에 터를 잡고
대가족으로 함께 살아온 안드로메다성운

너의 새로운 신비로운 모습에 감탄하며
우리는 우주의 크기를 가늠할 수 있었고

이십이만 광년의 직경으로
일조개의 별을 거느리는 너의 광대함에
우리는 황홀경에 흠뻑 빠지곤 했지

초속 삼백킬로미터의 속도로 다가와 
칠십억년 후에는 우리은하와 하나되어
다시 한 식구가 된다니

그때 우리 함께 은하철도 999를 타고
철이와 메텔처럼 
‘우리안드로은하’를 신나게 달려봐야겠네