반짝이는 샴페인 거품? 충돌하는 두 은하! [놀라운 우주]

곽노필의 미래창
나사, 새해 맞아 ‘샴페인 은하단’ 사진 공개
10:1 비율 두 은하가 초속 수백km로 충돌중

미국 찬드라엑스선우주망원경과 지상 광학망원경 관측 사진을 합성해 완성한 ‘샴페인 은하단’의 모습. 미국항공우주국 제공

미국항공우주국(나사)이 2026년 새해를 맞아 40억~50억광년 거리에 있는 ‘샴페인 은하단’ 사진을 공개했다. 은하단이란 수십~수천개의 은하가 중력의 영향으로 모여 있는 우주에서 가장 큰 구조체를 말한다.

천문학자들이 이 은하단을 발견한 건 5년 전인 2021년 12월31일이다. 과학자들은 공교롭게도 발견 날짜가 새해 하루 전이라는 점, 은하단의 초고온 가스(보라색) 분포가 거품을 연상시키는 점에 착안해 이 은하단에 ‘샴페인 은하단’이란 별칭을 붙였다. 공식 명칭은 RM J130558.9+263048.4다. 이번에 공개한 사진은 나사의 찬드라엑스선우주망원경의 엑스선 관측 데이터와 여러 지상 광학망원경 관측 사진을 합성한 것이다.

과학자들은 처음 발견 당시엔 하나의 은하단이라고 생각했으나, 이후 관측을 통해 2개의 은하단이 합쳐져 더 큰 은하단을 형성하는 과정에 있는 모습이라는 걸 알아냈다.

은하단 안에는 수백만도에 이르는 뜨거운 가스가 위아래로 넓게 분포해 있다. 나사는 “하나의 은하단이라면 원형이나 타원형으로 나타났을 것”이라며 “이런 특이한 모습은 두 은하가 서로 충돌 중이라는 걸 드러내는 특징”이라고 설명했다. 가스의 질량은 새롭게 형성 중인 은하단에 포함된 100개가 넘는 개별 은하들의 질량을 모두 합친 것보다도 더 크다.

두 은하단을 이루는 개별 은하들은 중심부 위쪽과 아래쪽에서 각각 확인할 수 있다. 참고로 이 사진에서 북쪽은 오른쪽이다.

과학자들은 관측 데이터와 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 비교한 결과, 샴페인 은하단의 역사를 설명할 수 있는 두가지 가설을 도출해 지난 여름 국제학술지 ‘천체물리학저널’에 발표했다.

첫째는 두 은하단이 20억년도 더 전에 이미 한 차례 충돌했으며, 그 후 서로 멀어졌다가 중력에 의해 다시 서로 이끌려 현재 두번째 충돌을 향해 가는 과정에 있다는 것이다. 다른 하나는 약 4억년 전에 두 은하가 충돌했고, 지금은 서로 멀어지고 있는 과정에 있다는 것이다. 과학자들은 어느 쪽이든 은하단은 거의 정면으로 고속 충돌한 것으로 본다. 충돌 상대속도는 초속 수백km로 추정한다. 또 두 경우 모두 큰 은하단과 작은 은하단의 질량 차이는 10배다.

은하단 구조를 유지해주는 가장 큰 중력은 암흑물질이다. 은하단 전체 질량의 80% 이상이 암흑물질의 질량으로 추정한다. 과학자들은 샴페인 은하단 같은 거대한 우주 충돌은 아직도 베일에 싸여 있는 암흑물질의 특성을 파악하는 데 아주 좋은 연구 대상이라고 말한다.

*논문 정보

Discovery and Multiwavelength Analysis of a New Dissociative Galaxy Cluster Merger: The Champagne Cluster.

DOI 10.3847/1538-4357/ade67c

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr