너비 200만 광년, 우주가 빚은 찬란한 한랭전선

우주 공간은 아무것도 없는 진공 상태인 공간이 아니다. 인간의 관점에서 진공이나 다를 바 없는 장소에도 약간의 원자는 존재한다. 주로 수소와 약간의 헬륨, 그리고 소량의 기타 원소로 구성된 성간 가스는 매우 넓게 퍼져 있기 때문에 밀도는 희박해도 질량은 상당하다. 이 가스는 별의 탄생과 은하의 진화에 중요한 역할을 한다.

은하들이 수백 수천 개 모인 거대한 집단인 은하단 역시 내부에 막대한 양의 가스를 지니고 있다. 사실 은하단의 경우 은하의 질량보다 은하 사이 가스의 질량이 더 큰 경우도 있다. 은하단의 경우 지름만 수백만 광년인 거대한 집단이기 때문에 아무리 밀도가 낮아도 모으면 상당한 양이 된다. 과학자들은 이 희박하지만 질량이 큰 가스가 은하단의 진화는 물론 그 안에 있는 은하의 진화에도 큰 영향을 준다고 보고 있다.

나사의 고다드 우주 비행센터의 스티븐 워커(Stephen Walker)가 이끄는 연구팀은 나사의 찬드라 X선 위성을 이용해서 지구에서 2억4천만 광년 떨어진 페르세우스 은하단의 가스를 연구했다. 이 은하단은 소용돌이 모양의 거대한 은하단 내 가스 흐름이 발견되어 많은 연구가 이뤄진 은하단이다. 은하단 가스는 밀도는 매우 낮지만, 대신 온도는 대단히 높아 섭씨 3000만 도에 이른다. 이렇게 고온의 물체에서는 X선이 방출되기 때문에 X선 위성을 이용한 연구가 필요하다.

연구팀은 흥미롭게도 소용돌이 같은 중심부에서 외부로 빠른 속도로 이동하는 가스의 팽창을 발견했다. 이 가스의 지름은 200만 광년에 달하며 시간당 48만km라는 엄청난 속도로 이동 중이다. 흥미로운 사실은 이 가스가 3000만 도의 고온이지만, 8000만 도에 달하는 더 뜨겁고 밀도가 낮은 가스 속으로 파고들고 있다는 점이다. 이는 지구에서 볼 수 있는 한랭전선(cold front, 차가운 공기가 따뜻한 공기 아래로 파고드는 것)과 비슷해서 과학자들은 우주 한랭전선(cosmic cold front)이라는 별명을 붙였다.

이런 거대한 한랭전선이 발생한 이유는 다른 은하단이 페르세우스 은하단 중심부에 충돌한 것이 원인으로 생각되고 있다. 은하와 마찬가지로 은하단 역시 충돌과 합체를 반복하면서 성장하는데, 그때마다 거대한 가스의 흐름이 발생하는 것이다. 흥미로운 점은 이런 흐름이 우주적 크기의 자기장을 만든다는 것이다. 연구팀은 이 우주 한랭전선에 냉장고 붙이는 자석의 100만분의 1 수준의 자기장이 있는 것으로 보고 있다. 비록 강도는 약하지만, 매우 크기 때문에 그 에너지는 상당하며 가스의 형태와 속도에 영향을 미친다. 이번 연구를 통해 과학자들은 그 메커니즘을 더 상세히 파악했다.

X선 천문학은 인간의 눈으로 볼 수 없는 영역에서 우주의 신비를 풀어왔다. 찬드라 X선 위성 사진을 보면 천체 사진이 아니라 현대 미술 작품 같은 사진 속에 우리가 미처 보지 못했던 우주의 비밀이 숨어 있음을 알 수 있다. 은하단의 생성과 진화를 예측하기 위해 앞으로도 X선 영역에서 활발한 연구가 진행될 것이다.　

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com