NASA 찬드라로 본 ‘붉게 죽어가는 은하’의 비밀

미국 항공우주국(NASA) 찬드라 우주망원경이 거대한 타원은하에 왜 어린 별이 적거나 없는지 비밀을 풀게 될 것으로 보인다. 새로운 증거는 은하의 진화에 있어 그 중심의 거대질량 블랙홀이 중요한 역할을 하고 있음을 강조한다.

별의 탄생이 거의 없는 대부분의 거대 타원은하에는 대개 작은 질량에 붉은색으로 보이는 ‘장수별’들이 존재한다. 따라서 천문학자들은 이런 은하를 ‘붉게 죽어가는’(red and dead) 은하라고 부른다.

기존에는 이런 은하에 젊고 어린 별이 부족한 이유로 별 형성의 연료가 되는 엄청난 양의 ‘차가운 가스’를 포함하지 않기 때문으로 여겼다. 하지만 천문학자들은 유럽우주기구(ESA)의 허셜 우주망원경을 통해 놀라울 정도로 많은 양의 차가운 가스가 일부 거대 타원은하 안에 있는 것을 확인했다.

관측된 8개의 은하 중 6개에는 차가운 가스가 다량 축적돼 있었다. 이는 천문학자들이 하나의 거대 은하단이 아닌 다양한 거대 타원은하 중에서 대량의 차가운 가스를 확인한 최초의 발견이다.

이런 엄청난 양의 차가운 가스를 통해 천문학자들은 타원은하에도 많은 별이 형성되리라 생각했지만 관측 결과는 예상 밖이었다.

이런 모순을 규명하기 위해 천문학자들은 엑스선과 전파를 포함한 다른 파장을 이용해 이들 은하를 연구했다. 찬드라 관측은 이런 은하 속에 있는 뜨거운 가스의 밀도와 온도를 보여준다.

사진으로 공개된 ‘NGC 4636’, ‘NGC 5044’와 같은 차가운 가스가 풍부한 6개의 은하는 엑스선 데이터에서 뜨거운 가스가 차가운 가스로 냉각되는 증거를 제공한다. 이는 허셜로 관측된 차가운 가스와 같은 것이다. 하지만 이런 은하의 냉각 과정은 차가운 가스가 별 형성을 위한 응축 전에 멈춰있었다.

연구진은 별 형성을 막은 강력한 증거를 찬드라를 통해 확인했다. 차가운 가스를 지닌 6개의 은하 중심부에 있는 뜨거운 가스는 차가운 가스가 자유로운 영역보다 훨씬 불안정했다. 이는 중심의 블랙홀과 아주 가까운 영역에서 물질들이 방출된 것을 의미한다. 이 방출은 부분적으로 블랙홀로 빨려 들어간 덩어리진 차가운 가스 때문에 발생할 수 있다. 즉 엄청난 에너지를 뿜어낸 방출이 별 형성을 위한 차가운 가스를 데워버린 것이다.

또한 ‘NGC 1399’, ‘NGC 4472’와 같은 또 다른 은하는 별을 형성하지만 매우 다른 양상을 보였다. 이런 은하에는 차가운 가스가 전혀 관측되지 않았으며 그 중심에 있는 뜨거운 가스로 인해 그 영역은 매끄럽게 보였다.

참고로 이런 은하는 미국과학재단(NSF)의 ‘칼 G. 얀스키 전파망원경’(VLT)으로 관측한 전파 이미지에서 고에너지 입자로 구성된 강력한 블랙홀 제트를 갖고 있었다. 이런 제트는 뜨거운 가스가 거대질량 블랙홀 쪽으로 흡수되면서 일어나는 것이다.

찬드라 이미지에서 이런 제트는 뜨거운 가스를 밀어냄으로써 거대한 공동(空洞)을 형성하고 차가운 가스를 뜨겁게 달궈 별 형성을 막았다.

‘NGC 1399’와 ‘NGC 4472’의 중심부에서는 아마 더 강력한 제트가 중심으로부터 나와 더 멀리까지 공동을 형성해 엑스선 관측에서는 다른 은하보다 그 형태는 매끄럽고 희미하며 중심에 남겨진 밝은 핵은 안정돼 보인다.

한편 이런 관측 결과는 미국 스탠퍼드대학 노르베르트 베르너 박사팀이 영국 ‘왕립천문학회월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) 최근호를 통해 게재했다.

사진=NASA

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr