50억 년 전 은하단 충돌의 증거, 국내 연구진이 찾아냈다

연세대, 페르세우스 은하단 충돌 흔적 세계 최초 규명

페르세우스 은하단의 암흑 물질 분포./지명국 연세대 교수

국내 연구진이 최첨단 관측 기법을 활용해 약 50억 년 전 페르세우스 은하단에서 발생한 거대한 충돌의 흔적을 세계 최초로 찾아냈다.

지명국 연세대 교수 연구진은 천문학계에서 오랫동안 안정된 은하단의 대표 사례로 여겨졌던 페르세우스 은하단이 실제로는 과거의 격렬한 충돌의 흔적을 간직하고 있다는 점을 입증했다고 21일 밝혔다. 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학(Nature Astronomy)‘에 지난 16일 게재됐다.

은하단은 수천 개의 은하들이 모여 형성된 거대한 구조로, 질량의 약 80%가 보이지 않는 암흑물질로 이뤄져 있다. 은하단은 충돌과 병합을 반복하며 성장하기에 우주의 진화를 연구하는 데 중요한 열쇠로 여겨진다. 하지만 태양 질량의 600조 배에 달하는 페르세우스 은하단은 그간 충돌 흔적이 발견되지 않아 예외로 알려져 왔다.

연구진은 일본 국립천문대의 수바루 망원경 데이터를 기반으로 페르세우스 은하단에 남은 미세한 충돌의 징후를 찾아나섰다. 그 결과, 페르세우스 은하단 중심에서 약 140만 광년(光年·1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 떨어진 위치에 태양 질량 200조 배 규모의 암흑물질 덩어리가 존재하며, 이 덩어리가 은하단 본체와 ‘암흑물질 다리’로 연결돼 있는 것이 확인됐다. 두 천체가 과거에 실제로 충돌했다는 직접적인 증거로 해석된다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이 암흑물질 구조가 약 50억 년 전 페르세우스 은하단과 충돌을 일으켰으며, 그 흔적이 현재 은하단의 구조에 남아 있음을 확인했다.

지명국 교수는 “그동안 페르세우스 은하단은 안정된 상태로 인식돼 왔지만, 이번 연구는 그 인식을 근본적으로 바꾸는 계기가 될 것”이라며 “앞으로 은하단 충돌 과정에서 입자 가속이 어떻게 발생하는지에 대한 후속 시뮬레이션 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

참고 자료

Nature Astronomy(2025), DOI: https://www.nature.com/articles/s41550-025-02530-w

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