안드로메다은하도 늙었나…별 생성량 5분의 1 수준으로 뚝

곽노필의 미래창
“별 만들 재료 부족 아닌 자연스러운 쇠퇴기”

과학자들이 허블우주망원경 관측 자료로 안드로메다은하에 있는 별들을 관찰한 결과, 별 형성 활동이 약해지고 있는 걸 발견했다. 최근 별 형성이 일어난 영역(1)은 별 형성이 덜 된 영역(2)보다 훨씬 더 푸르게 나타난다. 미국항공우주국 제공

안드로메다은하라고 하면 기성세대 상당수는 추억의 만화영화 ‘은하철도 999’를 연상한다. 이 만화영화에서 주인공 철이와 동행자 메텔을 태운 은하철도999의 종착역 라멜타행성이 속해 있는 우주 공간이 안드로메다은하(M31)다.

1924년 미국 천문학자 에드윈 허블은 안드로메다은하가 우리 은하 외부에 존재하는 독립된 거대 은하임을 밝혀냈다. 일상에서는 우리의 감성을 적셔주는 상상의 무대였지만 과학의 세계에선 우리 은하가 우주의 전부가 아니라는 걸 일깨워 인류의 우주관을 넓혀준 주인공이 안드로메다은하다.

지구에서 250만광년 떨어져 있는 안드로메다는 우리 은하와 가장 가까운 ‘거대 은하’이자 맨눈으로 볼 수 있는 가장 먼 천체다. 지름이 우리 은하의 2배가 넘는 22만광년으로 우리 은하가 속해 있는 국부은하군에서 가장 밝고 크다.

그런데 안드로메다은하의 별 형성 활동이 점점 약해지고 있는 것으로 나타났다. 별 공장의 가동률이 떨어지고 있는 셈이다.

미국항공우주국(나사)은 허블우주망원경으로 확보한 관측 데이터를 분석한 결과, 안드로메다은하의 별 형성 활동이 지난 5억년간 지속적으로 감소해 왔으며 특히 최근 4000만년 사이에 급격히 둔화했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)’에 발표됐다.

안드로메다와 두 위성은하 32와 M110. 미국항공우주국 제공

“마라톤 완주 뒤 숨고르듯…자연스런 쇠퇴기”

워싱턴대가 중심이 된 연구진은 안드로메다 원반의 3분의 2 영역에 있는 별 약 2억개를 정밀 분석했다. 전체 은하를 한 변이 300광년에 달하는 수천개 격자로 나눈 뒤 각 영역의 별 수명과 색상을 추적했다.

공동저자인 벤 윌리엄스 워싱턴대 교수(천문학)는 “별 하나하나를 분석하는 이유는 각각이 은하 형성의 화석 기록이기 때문”이라고 말했다. 예컨대 질량이 큰 별은 푸른색을 띠고 수명이 짧은 반면, 질량이 작은 별은 붉은색을 띠고 수명이 길다. 따라서 최근에 별이 활발하게 생겨난 영역은 푸른색 별이 많다.

분석 결과, 약 20억년 전 다른 은하와의 병합 과정에서 한 차례 ‘폭발적 별 형성’을 겪었던 안드로메다는 이후 꾸준히 별 생성량이 감소한 것으로 확인됐다. 5억년 전만 해도 매년 태양 1개 분량의 별을 만들어냈으나, 4000만년 전에는 그 절반으로 떨어졌고 현재는 5분의 1 수준(태양 질량의 0.2배)까지 급감했다.

연구를 이끈 워싱턴대의 토빈 웨이너 연구원은 “안드로메다는 마치 마라톤을 완주한 뒤 숨을 고르는 선수와 같다”며 “새 별을 만들 재료가 부족해졌다기보다, 자연스러운 쇠퇴기에 접어든 것”이라고 말했다.

안드로메다은하에서 1만6천광년 떨어진 거리에 있는 위성은하 M32. 미국항공우주국 제공

위성은하와의 상호작용도 영향

연구진은 특히 중심부에서 약 3만2000광년 떨어진 ‘별 형성 고리’ 영역에서 활동 감소가 두드러졌음을 확인했다. 연구진은 그 원인으로 1만6천광년 떨어진 거리에 있는 위성은하 ‘M32’가 6000만년 전 안드로메다 원반 근처를 지나치며 가스 분포를 흔들어 놓았을 가능성을 꼽았다.

연구진은 “M32 인근 영역의 별 형성 활동이 다른 지역보다 현저히 떨어진 점으로 미루어 볼 때, M32와의 충돌 또는 근접 교란이 별 형성 감소를 유발한 가장 유력한 용의자”라고 밝혔다.

연구진은 8월 말 발사되는 ‘낸시 그레이스 로먼 우주망원경’을 이용하면 훨씬 더 상세한 내용을 파악할 수 있을 것으로 기대한다. 로먼망원경은 근적외선 영역에서 허블보다 시야각이 100배 이상 넓어, 안드로메다 은하 전체는 물론 주변 영역까지 한번에 촬영할 수 있다.

*논문 정보

The Panchromatic Hubble Andromeda Southern Treasury (PHAST). II. The Spatially Resolved Recent Star Formation History in M31.

DOI 10.3847/1538-4357/ae6db9

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr