오늘은 우리 태양계가 있는 은하계, 은하수에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1. 은하수의 크기
은하수 지름이 약 100,000광년이고, 두께는 평균적으로 약 1,000광년입니다. 2천억에서 4천억 개까지의 별들이 있는 것으로 추정되고 정확한 수는 알 수 없지만 이웃한 안드로메다 은하에 1조 개의 별들이 있는 것과 비교해보면 어느 정도인지 가늠될 수 있을 것입니다.
은하수 원반은 반경을 벗어난 곳에는 별들이 없이 날카로운 모서리를 갖지 않습니다. 정확히 말하자면, 별들의 수는 은하의 중심에서 멀어질수록 조금씩 줄어들고 반경에서 약 40,000광년을 넘어서면, 정확한 이유는 아직 없으나 별들의 수는 훨씬 더 빠르게 줄어든다고 합니다.
2. 은하수의 나이
은하수의 나이는 약 132억 년인 것으로 추정되는데 은하 무리에 있는 별 HE 1523-0901의 나이가 우주의 나이와 거의 비슷하기 때문입니다. 그 당시 은하수에서 가장 오래된 별로 알려졌기 때문에, 그것으로 은하수의 나이를 비추어 볼 수 있는 것입니다. 일반적으로 별의 나이를 확인하는 방법은 토륨과 다른 성분들에 의해 만들어진 스펙트럼선들의 상대적인 힘을 측정하기 위해 초거 대망 원경의 자외선 분광기를 사용하여 미루어 짐작합니다. 선의 힘은 여러 가지 다양한 동위원소를 만들어내는데, 그것들로부터 핵 우주 연대학을 사용하여 별의 나이를 짐작하는 것이죠.
3. 은하수의 구성
은하수는 가스와 먼지로 구성된 막대 모양의 중심부가 있으며, 그 주위는 가스와 먼지들이 있고 바깥쪽으로 네 개의 나선 팔 구조를 이루는 별들로 구성되어있습니다. 천문학자들은 1990년대에 은하수가 보통의 나선은하가 아니라 막대나선은하라고 처음 의심을 하기 시작했습니다. 은하의 중심 막대가 이전에 생각했던 것보다 더 크다는 것을 보여준 스피처 우주 망원경 관측에 의해 확실히 증명되었습니다. 그리고 은하의 중심에서 바깥쪽으로 돌출된 은하의 원반은 70,000에서 100,000광년 사이의 지름을 갖는다고 하니 실로 어마어마한 크기라 할 수 있습니다. 밝혀지기 전에는 태양이 중심부에서 35,000광년만큼 떨어져 있을 수 있다고 생각했으나, 현재에는 태양에서 은하 중심까지의 거리를 26,000 ± 1,400광년으로 보는 것이 일반적입니다.
또한 은하의 중심은 매우 큰 질량의 조밀한 물질들로 되어있고, 초대질량 블랙홀을 지니고 있다고 합니다. 블랙홀이 어디 있나 했더니 우리가 사는 은하계 중심부에 있었네요. 대부분의 은하가 중심부에 초대질량 블랙홀이 그 거대한 에너지의 근원이었습니다. 은하의 막대는 주로 나이 든 붉은 별들로 이루어있는데, 약 27,000광년의 길이, 은하와 태양과의 중심을 잇는 선상에 44 ± 10°의 각도로 중심을 지나고 있습니다.
나선 팔은 로그나사선 형태로 최근까지 은하 중심 부근에서 시작하는 주요 나선 팔이 두 개가 아닌 네 개 있다고 알려져 있습니다. 관측 결과, 우리 은하는 2개의 주요 팔을 가지고, 나머지는 부가적이거나 아주 작은 팔이라고 합니다. 주 나선 팔의 바깥쪽은 수십억 년 전에 다른 은하들로부터 흘러나온 가스와 별들로 이루어진 고리 모양입니다. 또 흥미로운 모양은 나선 팔의 wind-up problem인데 만약 안쪽 부분이 바깥 부분보다 더 빠르게 회전한다면, 은하는 소용돌이쳐서 나선 구조가 옅어져 버릴 것입니다.
그러나 이것은 나선 은하에서 관측되는 것과 일반적으로 다른 양상입니다. 대신, 천문학자들은 나선 패턴이 중심부에서 나오는 밀도의 파동이라고 이해하고 있습니다. 이것은 고속도로에서의 교통체증과 비슷한 현상인데 차들이 모두 움직이지만 항상 늦게 움직이는 차들이 원인인 것과 비슷합니다. 은하의 원반은 둥근 모양의 구상성단과 나이 든 별들로 된 타원 회전체 헤일로로 둘러싸여 있습니다. 100,000광년 이내에 헤일로의 90%가 있고, 그 헤일로 지름은 200,000광년이나 됩니다. 활동적인 별의 형성 특히 고밀도 지역인 나선 팔 안에서 잘 일어납니다.
4. 은하계와 태양계의 관계
이제 태양계와 은하계의 관계에 관해서 이야기하면 태양계는 은하의 오리온 팔의 안쪽 테 가까이에 위치해있습니다. 태양은 현재 5~30파섹 거리의 은하 원반의 중심 면에서 떨어져 있고 태양계는 은하계에서 생명체 거주 가능한 명당 지역에 위치해있습니다.
태양계가 은하계를 한 번 공전하는 데에는 무려 2억 5천만 년 정도 걸린다고 하니 상상이 안 갈 정도입니다. 계산해보면 태양은 일생동안 20~25번 공전할 것으로 예상된다고 합니다. 은하의 중심에 대한 태양계의 공전 속도 또한 어마어마한데 그 속도는 1초에 220km를 움직입니다. 이 속도로, 태양계는 1광년을 이동하는 데 대략 1400년이 걸리고 1AU를 이동하는 데 8일이 걸리는 시간입니다. 학자들은 우리 은하가 1초에 630km의 속도로 움직이고 있다고 합니다. 태양계의 속도도 엄청났는데 거의 태양계의 이동속도보다 3배 가까운 속도로 이동한다니, 그 스케일, 속도, 시간 모든 것들이 믿기지 않을 정도입니다. 그만큼 우리는 작은 존재인 거겠죠.
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