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▲ 1RXS J0603.3+4214 은하단의 가상 컬러 합성 이미지. 사진에서 붉은 색으로 보이는 부분이 은하단 사이 가스층이다. (사진=van Weeren et al.)
태양 같은 별 수천 억 개가 모여야 우리 은하 같은 대형 은하를 이룰 수 있다. 따라서 은하는 정말 큰 천체이지만, 우주에서 가장 큰 천체는 아니다.
사실 거대한 은하 수천 개가 모인 은하단에 비교하면 은하 하나는 작은 점에 불과하다. 은하단은 물질과 암흑물질이 만드는 중력에 의해 묶인 은하들은 집단으로 일정한 속도로 우주를 여행하면서 다른 은하단과 충돌해 더 거대한 은하단을 만든다. 과학자들은 많은 관측을 통해서 이 과정을 상세하게 연구했다.
그 가운데 ‘1RXS J0603.3+4214’는 천문학자들 사이에서 ‘칫솔 은하단’(Toothbrush galaxy cluster)이라는 별명으로 더 잘 알려졌다. 은하단 자체가 칫솔 모양으로 생긴 건 아니지만, 대신 은하단 사이 가스(intracluster gas)가 거대한 칫솔 모양으로 뭉쳐져 관측할 수 있기 때문이다.
사실 은하 사이 공간은 별 사이 공간과 마찬가지로 인간의 관점에서 보면 진공 상태나 마찬가지다. 하지만 우주 공간 어디에도 물질의 밀도가 0이 되는 장소는 없다. 아무리 희박해도 약간의 물질은 있게 마련이다. 은하단 내 가스 역시 밀도가 매우 낮지만, 적어도 은하단 밖의 우주 공간보다는 더 높은 밀도의 물질을 지니고 있다. 사실 은하 사이 공간이 워낙 넓기 때문에 은하단 사이 가스를 모두 합치면 은하단의 별의 질량보다 더 크다고 생각된다. 따라서 은하단 사이 가스는 은하단의 진화와 형성에 매우 중요한 역할을 한다.
칫솔 은하단의 경우 두 개의 은하단이 서로 충돌하면서 가스의 밀도와 온도가 높아져 전파 망원경으로 관측이 가능한 경우로 생각된다. 하버드 - 스미스소니언 천체물리 센터의 연구팀은 거대 전파 망원경인 VLA(Very Large Array)를 이용해서 칫솔 은하단을 세밀하게 관측했다. 연구팀은 이 독특한 모양의 가스 구름이 생성된 이유로 은하단 충돌 가설이 가장 타당하다는 결론을 내렸다.
비록 밀도는 낮지만, 중력에 이끌려 서로 충돌한 은하단의 충돌 에너지로 인해 은하단 내 가스의 온도는 섭씨 1000만 도까지 상승한다. 고온의 가스가 방출하는 에너지는 지구에서도 관측이 가능하다. 사진에서는 붉은색으로 보이는 것이 전파 망원경 관측 부위이며 치약처럼 보이는 아래의 파란 구름은 은하단 주변 가스인 헤일로의 X선 관측 결과다. 그리고 이 두 관측 결과를 광학 망원경 관측 사진과 합쳐 위의 사진을 만든 것이다.
지구에서 봤을 때 칫솔처럼 보이는 것은 물론 우연의 일치지만, 칫솔 손잡이와 브러쉬 부분까지 구분이 가능할 정도로 닮았다는 점은 흥미롭다. 하지만 과학자들에게 정말 흥미로운 부분은 우주에서 가장 큰 충돌 사건인 은하단 충돌에서 은하단 사이 가스의 역할을 밝히는 데 큰 도움이 되고 있다는 점이다. 앞으로 이 과정을 더 상세하게 밝히기 위한 연구가 계속 진행될 것이다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
