`은하단 규칙성`, 45년 만에 베일 벗어…나선형서 타원형으로 변화 포착

천문연, 국제연구팀과 우주시뮬레이션으로 규명
60억년 전 은하단 중심부에 타원은하 비율 높아

제임스웹 우주망원경(JWST)이 촬영한 은하단 MACS J1423의 사진.

은하단 내 은하가 시간 경과에 따라 형태가 변화하는 모습.

국내 연구진이 주도한 국제 공동연구팀이 우주 시뮬레이션을 활용해 우주 은하단의 중심이 나선형에서 타원형으로 바뀌는 원인과 과정을 밝혀냈다. 1980년 미국 천문학자 앨런 드레슬러가 은하 모양에서 규칙성을 처음 발견된 지 45년 만이다.

한국천문연구원은 홍성욱 박사 연구팀과 박창범 고등과학원 교수팀이 주도한 국제 공동연구팀이 세계 최대 규모 우주 시뮬레이션 '호라이즌 런 5(HR5)'로 은하단 내 은하의 모양 변하는 규칙성의 기원을 규명했다고 31일 밝혔다.

은하는 나선팔이 보이는 원반 모양의 '나선은하', 나선팔이 보이지 않는 '타원은하', 나선은하와 타원은하와 중간형태인 '렌즈은하'로 크게 구분된다. 지구가 있는 우리은하는 나선은하에 해당한다.

수백 개에서 수천 개의 은하들이 중력으로 서로 묶여 있는 구조인 은하단의 중심부에는 주로 타원은하와 렌즈은하가 분포하고, 바깥쪽으로 갈수록 나선은하가 증가한다. 이런 규칙성은 미국의 천문학자 앨런 드레슬러가 발표했으나, 지금까지 원인과 기전은 규명되지 않았다.

연구팀은 HR5를 활용해 160개의 은하단 내에 있는 은하 4500여 개의 형성과정을 시뮬레이션으로 추적한 결과, 우주 생성 초기에는 대부분 나선은하만 존재했으나, 은하단 중심부에서 은하들이 서로 충돌하면서 나ㅅ형에서 타원형으로 변하는 모습을 포착했다.

충돌 초기에는 은하의 모양이 나선형으로 다시 돌아왔지만, 반복적인 충돌과 병합을 거치며 점차 타원형으로 고정됐다. 그 결과, 100억년 전까지 은하단 중심부에는 나선은하 비율이 높았으나, 약 60억년 전부터는 타원은하 비율이 높아졌다. 타원은하로 변하지 못한 일부 나선은하는 별이 태어나는 활동이 점차 감소해 렌즈은하로 전환됐다.

HR5는 천문연, 고등과학원, KISTI 등 국내 연구진이 주도하며, 프랑스와 영국 연구진이 공동으로 참여한 우주 모의 실험이다. KISTI의 슈퍼컴퓨터를 활용해 3조 광년 크기의 가상 우주를 구축해 약 30만 개의 은하 역사를 추적할 수 있다.

연구를 주도한 홍성욱 천문연 박사는 "우주에서 안정화된 천체 중 가장 무거운 천체인 은하단에 관한 연구는 최초의 천체가 언제 어떻게 생성되는지, 은하가 어떻게 서로 영향을 주고 받으며 변화하는지 등 우주의 전체 구조를 이해할 수 있는 실마리를 제공한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '천체물리학 저널(지난해 12월 12일)'에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr