[우주를 보다] 죽은 은하를 잡고 있는 ‘유령 암흑 물질’

은하에도 사람처럼 젊은 시기와 늙은 시기가 존재한다. 우주의 탄생인 빅뱅 직후 형성된 은하는 별은 적고 가스는 많은 상태이다. 따라서 내부에서는 젊은 별이 수없이 형성되고 밖에서는 주변의 가스와 다른 은하를 흡수하면서 점차 더 크게 성장하게 된다.

그러나 화무십일홍(花無十日紅)이라는 이야기는 은하도 예외가 될 수 없다. 인간과는 비교도 안 되게 오랜 삶을 살아가지만, 별의 재료가 되는 가스가 소진되면 은하도 늙기 시작한다. 새로 형성되는 별은 없고 기존의 별이 늙어가면서 점차 붉은색의 노쇠한 은하가 되는 것이다. 이 단계에 이르면 천문학자들은 이를 '죽은 은하'(dead galaxy)라고 부른다.

지구에서 3억 광년 떨어진 '콤마 은하단'(Coma galaxy cluster)에는 이런 죽은 은하들이 다수 존재한다. 이를 관측하던 지구의 과학자들은 이 은하들의 구성을 보고 깜짝 놀랐는데, 아무리 죽은 은하라지만 너무 별이 적었기 때문이다.



이렇게 별이 적다면 사실 은하는 유지될 수가 없고 산산조각이 나야 정상이다. 하지만 과학자들은 이 은하들이 우리의 눈에 보이지 않는 암흑 물질을 통해서 형태를 유지하고 있다는 사실을 발견했다. 죽은 은하들은 사실 수소같이 우리가 알고 있는 물질의 비중은 1%에 지나지 않지만 99%에 달하는 암흑 물질을 통해서 그 형태를 유지하고 있었다. 이는 보통 은하가 20대 80 정도 비율인 것과 비교해서 암흑 물질의 비중이 매우 높은 것이다. 따라서 이들 은하는 사실 '암흑 은하'(dark galaxy)라고 할 수 있다.

국제 전파 천문학 연구 센터(ICRAR: International Centre for Radio Astronomy Research) 소속의 캐머런 요진(Cameron Yozin)과 그의 동료들은 이런 독특한 은하가 생긴 이유를 조사했다. 이들은 지름 2,000만 광년에 이르는 콤마 은하단의 진화를 시뮬레이션으로 연구했다.

콤마 은하단 내의 초기 은하는 보통의 은하들과 비슷하게 진화했다. 그러나 은하가 점차 성장하던 도중 콤마 은하단 중앙에 있는 거대 가스의 중력에 의해 내부의 수소 가스를 대부분 빼앗긴 것으로 보인다. 따라서 이 사건 이후 은하들은 새로운 별을 생성하지 못하는 죽은 은하가 되었다. 하지만 은하의 형태를 유지하는 데 필요한 중력을 제공하는 암흑 물질 때문에 은하 자체는 살아남게 된다.

연구팀은 이와 같은 일이 70억 년 전 발생했다고 보고 있다. 가스를 뺏긴 후 이 은하들은 영겁의 세월을 새로운 별의 탄생 없이 살아온 것이다. 이 죽은 은하를 사라지지 않게 잡아준 유령 같은 존재가 바로 암흑 물질이다.

과학자들은 암흑 물질이 생성하는 중력을 통해서 암흑 물질의 존재를 확신하고 있지만, 이것이 정확히 어떤 물질인지는 알지 못한다. 눈에 보이는 물질보다 더 많은 암흑물질의 존재를 알아내는 것은 우주의 미래를 정확히 예측하기 위해서 중요하다. 그 정체를 알기 위한 연구는 지금도 계속되고 있다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com