[하정열 우주화가의 시·그림 우주여행](73) 소용돌이 은하

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우리는 우리은하 여행을 하는 동안 다양한 은하의 형태와 모습에 대해서 알아볼 것이다. 은하는 형태에 따라 크게 타원은하, 나선은하, 불규칙은하 이렇게 세 가지 형태로 나뉜다. 그리고 은하들은 허블 분류표에 의해 보다 폭넓게 은하의 외형에 기초한 형태분류가 이루어진다.

그 중 소용돌이은하(Whirlpool Galaxy)는 소용돌이 모양의 팔이 중심부에서 뻗어나온 은하로서 지구에서 사냥개자리 방향에 위치한 정상나선은하로 나선은하 중에 가장 잘 알려진 은하 중 하나이다. 중심부는 구상과 막대모양이 있다. 드 보클레르 체계를 포함하는 허블 분류상 SA(s)bc형 은하로 분류된다. 이 은하는 M63 해바라기 은하와 희미한 여럿 은하들의 모임인 M51 은하군의 우두머리다.

소용돌이은하가 우리의 관심은 끄는 것은 그 자태가 너무 아름답기 때문이다. 과학자들의 마음을 사로잡았던 허블 우주망원경의 소용돌이은하가 제임스웹 우주망원경을 통해 더욱 선명하게 포착됐다. 미국 스페이스닷컴에 따르면 2023년 8월 29일 제임스웹 우주망원경 연구팀은 소용돌이 은하(NGC 5194)의 모습을 촬영해 공개했다.

소용돌이은하는 지구에서 약 2700만 광년 떨어진 곳에 있는 정상 나선은하다. 1773년 10월13일 프랑스의 천문학자 샤를 메시에가 발견한 은하로 가장 잘 알려진 나선 은하이기도 하다. 공개된 사진에는 소용돌이 은하가 근처 ‘NGC 5195’라는 불규칙 은하의 중력에 영향을 받아 뚜렷한 나선팔을 형성하고 있다.

제임스웹 망원경은 소용돌이 은하를 촬영하기 위해 중적외선 장비(MIRI)와 근적외선 카메라(NIRCam)를 활용했다. 두 장비는 멀리 떨어진 별과 은하에서 방출되는 적외선 신호를 해석한다. 제임스웹 망원경은 신호가 금도금 육각형 거울에 도달해 센서에 반사되는 데이터를 분석한다. 인간의 눈은 적외선을 볼 수 없으므로 제임스웹 망원경은 말 그대로 보이지 않는 우주를 해독해 시각 데이터로 보여주는 것이다. 이 관측 방법은 우리은하 바깥에서 일어나는 초신성 폭발이나 별의 진화과정 등의 항성 피드백을 연구하기 위해 고안됐다.

제임스웹 망원경의 관측결과가 발표된 이후 유럽우주국은 성명을 통해 “작은 동반자의 중력으로 인해 소용돌이은하가 뚜렷하고 위풍당당한 나선팔과 먼지 띠를 만들어 내고 있다”고 밝혔다. 이어 “소용돌이은하는 아마추어 사진가부터 천문학자까지 사진으로 담기에 아름다운 은하 중 하나”라고 덧붙였다.

소용돌이은하 전체는 중심부와 그 둘레를 회전하는 원판부로 이루어진다. 빛으로 눈에 잘 띄는 젊은 별과 성간기체가 원판부에 있어 소용돌이모양으로 분포하는 것이 와상완으로 보인다. 은하의 원판부에 소용돌이모양으로 중력파가 생겨 이 파를 따라 성간기체가 모여 거기서 별이 탄생되고 있는 것으로 추정되고 있다. 즉, 와상완은 은하원판에 나타난 소용돌이모양의 파문이라 할 수 있다. 메시에 51a(NGC 5194)는 사냥개자리에 있는 상호작용 웅대구조 나선은하로, 세이퍼트 2형 활동은하핵을 품고 있다.

소용돌이은하와 그 동반 은하는 아마추어 천문가들도 쉽게 관측할 수 있으며, 경우에 따라서는 쌍안경으로도 보이는 때가 있다. 소용돌이 은하는 전문 천문학자들에게도 인기 있는 관측대상으로, 은하의 나선팔 구조와 은하의 상호작용을 연구하는 데 있어 중요한 사례가 된다.

소용돌이은하는 우리로부터 약 2700만 광년 떨어져 있다. 하지만 이 값은 적색편이를 이용한 방법으로 측정한 값이며, 다른 측정값으로는 1500만 광년에서 3700만 광년까지 널뛰기를 한다. 은하의 지름은 약 6만 광년이며 약 1천억 개의 별들로 구성되어 있다. 질량은 태양질량의 약 1,600억 배로 추산된다.

소용돌이은하는 ‘세이퍼트 2형 은하(Seyfert 2 galaxy)’로 분류된다. 주로 적외선 파장을 방출하는 퀘이사를 닮은 밝은 활동성 은하핵을 가지고 있다. 동반은하인 M51b와 먼지로 이루어진 조석 다리로 연결되어 있다. 서로 강한 중력으로 엮여 있기 때문에 조만간 M51b를 흡수하게 될 것이다. 이 과정에서 별 생성률이 폭발적으로 증가하게 될 것으로 추정되고 있다.

우주에는 소용돌이은하처럼 아름답고 매혹적인 은하가 많을 것으로 추정된다. 앞으로 관측수단의 발달로 우주의 신비스러운 모습은 조금씩 더 드러날 것이다.

이러한 모든 의미를 담아 그림 ‘우주창조215005’를 그리고, 시 ‘신비스러운 소용돌이은하여!’를 지었다.