행성상 성운 아벨 7./비카스 챈더(Vikas Chander) 매우 희미한 행성상 성운인 아벨 7(Abell 7)은 지구에서 약 1800광년(光年·1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 떨어진 곳에 있다. 지구에서 바라보면 오리온자리 남쪽, 토끼자리 방향에 자리하고 있다. 은하수의 별들에 둘러싸이고 먼 배경 은하들과 시선이 겹쳐 있는 이 성운은 지름 약 8광년의 단순한 구형 구조를 가진 듯 보인다. 하지만 심층 망원경 사진을 통해 보면, 그 안에 아름답고 복잡한 구조가 숨어 있다. 이는 장시간 노출 촬영과 필터를 활용해 수소, 황, 산소 원자가 방출하는 빛을 포착하면서 더욱 선명하게 드러난 것이다. 그렇지 않다면 아벨 7은 너무 희미해 맨눈으로는 감상하기 힘들다. 행성상 성운은 항성 진화의 마지막 단계에서 매우 짧은 기간 동안 형성되는 천체로, 약 50억 년 후 태양도 이 단계를 거치게 된다. 이 과정에서 성운의 중심에 있던 태양과 비슷한 별이 외곽 층을 방출하며 성운을 형성하게 된다. 아벨 7 자체는 약 2만년 된 성운으로 추정되지만, 그 중심에 위치한 희미해지고 있는 백색왜성은 약 100억년 전에 형성된 것으로 보인다.

NGC 1672: 허블에서 본 막대나선은하. / ESA·Hubble & NASA 많은 나선은하에는 중심을 가로지르는 막대 구조가 있다. 이 사진은 막대나선은하 NGC 1672로, 허블 우주망원경이 촬영한 고해상도 이미지에서 뚜렷하게 보인다. 사진에는 어두운 실 모양의 먼지 띠, 밝은 푸른색의 젊은 별 무리, 이온화된 수소 가스로 빛나는 붉은 방출 성운, 중심을 가로지르는 긴 밝은 막대, 그리고 초거대질량 블랙홀이 있을 것으로 추정되는 밝고 활동적인 핵이 보인다. NGC 1672에서 출발한 빛이 우리에게 도달하는 데는 약 6000만년이 걸리며, 이 은하는 약 7만 5000광년(光年·1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞)에 걸쳐 펼쳐져 있다. 황새치자리(Dorado) 방향에 위치한 NGC 1672는 나선은하의 막대 구조가 은하 중심부의 별 형성에 어떻게 기여하는지를 연구하는 데 활용되고 있다.

우주의 아름다운 순간 : 월간 우·아 코스모스토리 속 우주의 아름다운 순간을 모아 전해드리는 '월간 우·아'입니다. 인류는 오랜 시간 동안 우주를 탐구하면서 다양한 발견을 했습니다. 광활한 우주공간을 망원경으로 바라보면서 포착한 놀라운 결과물들을 모아 매달 소개합니다.1. 우주에 떠오른 물음표, 자연적으로 생성되기 힘들다는 그 신비로운 천체를 관측한 결과가 공개됐습니다.2. 서로 다른 두 개의 은하가 충돌했는데, 두 은하 사이에 구름다리가 펼쳐졌습니다.3. 우리 은하의 외곽에서는 어린 별들의 폭죽쇼가 벌어지고 있었습니다. 모두를 놀라게 했던 물음표 은하…그 비밀이 밝혀졌다 '허빅-아로(Herbig-Haro) 46/47. NASA, 스페이스 닷컴 캡처 지난해 7월 미국항공우주국(NASA)은 제임스웹 우주망원경(JWST)으로 '허빅-아로(Herbig-Haro) 46/47'이라는 한 쌍의 아름다운 별을 관측했을 당시 우연히 이미지의 한 구석에 물음표 모양의 천체가 관측됐습니다. 특별한 모양을 한 이 천체는 '우주의 궁금증'이라는 별명도 붙으면서 천문학자들의 관심을 독차지 했습니다. 9월 5일 제임스웹은 이 신비로운 물음표 천체를 자세히 관찰했고 그 결과가 공개됐습니다. 에리다누스자리 46억 5천만 광년 거리에 위치한 은하단 'MACS J0417.5-1154'의 이미지에 포착된 이 물음표 모양의 천체는 크게 4개의 은하가 상호 작용을 하는 것처럼 보입니다. 하지만 이는 한 쌍의 은하가 중력렌즈 현상으로 빛이 왜곡돼 보이는 현상입니다. 빛은 직선운동을 하다 강력한 중력을 만나게 되면 굴절되는데요. 중력의 강도가 셀수록 더 크게 왜곡되고 심할 때는 같은 상이 여러 개가 보이기도 합니다. 이 물음표 천체가 바로 이러한 경우에 해당합니다. 물음표 은하. NASA, ESA, CSA, STScI 우주망원경과학연구소(STScI)는 왜곡된 같은 천체를 A, B, C, D, E로 나눠 표시했는데요. 모두 같은 천체지만 시간이 조금씩 다른 상태입니다. 과학자들은 이러한 현상을 통해 은하의 진화에 대해 연구할 방침입니다. 물음표 천체는 중력렌즈 현장 외에도 끝에 점이 하나가 있어 물음표 형태를 완성했는데요. 아쉽지만 이 점은 앞선 곡선 형태의 은하와는 상관없이 떨어져 있는 별개의 은하입니다. 중력렌즈 현상과 별개 은하의 절묘한 위치로 비자연적인 형태의 물음표 은하가 완성됐습니다. 그런데 왜 물음표 은하가 이제서야 발견된 것일까요? 앞서 허블우주망원경은 이 천체를 관측한 적이 있습니다. 하지만 가시광선은 은하단 사이의 먼지를 뚫지 못해서 물음표 모양으로 관측하기 어려웠습니다. 제임스웹은 적외선을 통한 관측을 하기 때문에 먼지 뒤에 숨어있는 빛도 포착할 수 있었고 그 궤적이 물음표가 됐습니다. 허블우주망원경과 제임스웹우주망원경의 물음표 은하 관측 이미지 비교. NASA, ESA, CSA, STScI, Vicente Estrada-Carpenter (Saint Mary's University) 관측 결과를 발표하는 팀 일원인 세인트 메리 대학교의 천문학자 기욤 데프레즈(Guillaume Desprez)는 "우리는 관측 가능한 우주에서 유사한 중력 렌즈 구성이 서너 개밖에 없는 것으로 알고 있는데, 이번 발견은 웹의 힘을 보여주고 더 많은 것을 발견할 수 있음을 시사하기 때문에 흥미롭다"고 전했습니다. 우주에 오작교가?…충돌한 두 은하를 연결하는 구름다리 Arp 107. NASA, ESA, CSA, STScI 우주 관측을 하다 보면 수많은 은하들이 움직이면서 충돌하는 모습을 자주 볼 수 있습니다. 충돌한 은하들은 중력의 상호작용으로 합쳐지거나 다른 곳으로 떨어져 멀어집니다. 그 과정에서 떨어져나온 가스와 먼지들이 다양한 모양을 하면서 새로운 별을 만들어내기도 합니다. 제임스웹은 레오 마이너 자리로 약 4억 5천만 광년 거리에 있는 Arp 107 천체를 적외선으로 자세히 바라봤습니다. 근적외선 카메라와 중적외선 기기로 관측된 이미지에는 다른 유형의 손상된 은하 두 개가 근거리에 붙어 있는 모습이 보입니다. Arp 107. NASA, ESA, CSA, STScI 연구소는 수억 년 전 왼쪽의 나선은하와 타원은하가 충돌했는데 이 과정에서 떨어져 나온 가스와 먼지를 서로 끌어당기는 과정에서 두 은하 간 사이에 화이트 색을 띠는 연결 구조가 형성됐다고 설명했는데요. 마치 오작교처럼 두 은하를 연결하는 우주의 구름다리가 보입니다. 이 두 은하는 충돌한 지 얼마 안 된 초기 단계로 상호작용을 하면서 앞으로 수억 년에 걸쳐 합쳐질 것으로 보입니다. 앞서 제임스 웹은 수레바퀴 은하를 관측하면서 은하 간 충돌로 서로 상호작용하며 다양한 아기별을 만들어 내는 것을 확인한 바 있습니다. Arp 107은 수레바퀴 은하와 다르게 은하중심은 거의 건드리지 않고 나선팔만 교란시켰는데요. 이러한 충돌로 인해 가스와 먼지의 압축으로 별이 형성되는데 얼마만큼의 영향이 있을지 앞으로의 연구가 기대됩니다. 우리은하의 외곽에서 벌어진 별들 폭죽쇼 디젤 클라우드 2S. NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Ressler (NASA-JPL) 우주에서 별이 생기는데 환경은 얼마만큼 영향을 미칠까요? 은하를 바라보면 중심에서도 별이 생성되지만 유독 외곽에서 별들이 생겨나는 모습이 띠를 이루며 집중적으로 나타나기도 합니다. 별의 생성 과정에 대한 주제는 천문학에서 중요한 부분을 차지하고 있는 만큼 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 주제에 근거해 제임스웹은 우리은하의 극외은하를 살펴봤습니다. 극외은하는 은하의 중심에서 약 5만 8천 광년 이상 떨어진 부분을 총칭해 부릅니다. '디젤 클라우드 2S(Digel Cloud 2S)'라고 명명된 이 성단은 극외은하 중에서 별이 폭발적으로 생성되는 곳으로 매우 어린 별의 생성과 별이 뿜어내는 분출, 별끼리 서로 미치는 영향과 성장하는 모습을 다양하게 볼 수 있는 곳입니다. 디젤 클라우드 2S. NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Ressler (NASA-JPL) 제임스웹은 근적외선 카메라와 중적외선 기기를 사용해 이 특별한 곳을 바라봤습니다. 이곳은 별들의 연료인 수소와 헬륨은 풍부하지만, 다른 무거운 원소는 상대적으로 부족한데요. 이 환경은 초기 우주의 환경과 비슷합니다. 이 환경에서 어린 별들은 어떻게 활동할까요. 해당 관측 프로젝트의 수석연구원 레슬러는 "별이 형성될 때 극지방에서 물질을 방출하기 시작한다는 사실을 알고 있습니다. 제임스웹의 결과물에서 놀라운 점은 이 들 별무리에서 여러 방향으로 분출하는 제트가 있다는 것입니다. 여기저기 제트를 쏘는 것으로 보아 이는 폭죽과 비슷합니다"라고 설명했습니다. 제임스웹은 다양한 관측을 하면서 별들이 생성되는 지역을 다양하게 포착했지만, 아기별들이 폭발적으로 제트를 뿜어내는 곳은 별로 없었습니다. 이번 관측으로 별 형성에 대한 수수께끼를 풀어낼 실마리가 잡힐 수 있을지 연구의 결과가 기대됩니다.

위에서 본 우리은하의 모습 상상도. 우리은하에는 별(항성)이 몇 개나 있을까? 예전에는 얼추 1000억 개쯤 있으리라 생각했지만, 최근에는 대략 4000억 개의 별들이 있는 것으로 보는 것이 대세다. 지금 지구상에 바글바글 사는 인류가 모두 약 80억이라는데, 우리은하에 저 태양 같은 별이 4000억 개나 있다니, 참으로 놀라운 일이고 어마어마한 숫자다. 나선은하인 우리은하는 지름 10만 광년, 두께는 약 1000광년의 둥근 디스크 형태를 하고 있다. 이 부피 안에 4000억 개의 별들이 퍼져 있는 셈인데, 천문학자들은 우리은하의 빈 공간을 감안해서 별 사이의 평균 거리를 약 3~4광년 정도로 보고 있다. 지구에서 가장 가까운 별은 물론 태양이다. 하지만 우리에게는 태양이 별이란 느낌이 별로 없다. 우리 삶에 너무나 직접적인 영향을 미치는 특별한 천체이다 보니 그런 모양이다. 우리는 보통 태양이 지고 캄캄해진 밤하늘에 반짝이는 빛점들을 별이라고 생각한다. 하지만 태양은 엄연히 별이다. 그래서 미국의 시인 데이비드 소로는 “태양은 아침에 뜨는 별이다”고 표현했다. 우리 별 태양은 지름이 지구의 109배, 질량이 33만 배나 된다. 그래도 태양이 별 중에서도 대략 크기가 중간치에 속한다니, 별이란 존재는 이처럼 지구와는 비교가 되지 않을 정도로 큰 천체다. 이처럼 별 자체는 지구에 비하면 압도적으로 크고 무겁고 밝은 존재이지만, 별과 별 사이는 빛으로도 3~4년이 걸릴 만큼 엄청나게 멀리 떨어져 있는 것이다. 센타우루스 자리 알파 B별의 상상도.(그림/ESO) 그러면 태양을 제외하고 지구에서 가장 가까운 별은 어느 별일까? 남반구 하늘의 센타우루스자리 프록시마란 적색왜성으로서, 프록시마 센타우리라고도 불린다. 프록시마와 함께 3중성계를 이루는 센타우루스자리 알파, 베타별은 태양계에서 가장 가까운 항성계로, 거리는 4.37광년이다. 그중 센타우루스자리 알파별은 천구에서 네번째 밝은 별이지만, 사실은 쌍성계로, 센타우루스자리 알파A, 센타우루스자리 알파B로 이루어져 있다. 우리가 프록시마가 지구에서 가장 가깝다는 사실을 안 것도 사실 그리 오래 된 일이 아니다. 맨눈으로는 보이지 않을 정도로 어두운 별이기 때문이다. 밤하늘에서 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 별 밝기의 하한선은 6등급인데, 프록시마는 그보다 100배나 어두운 11등급의 적색왜성이다. 크기는 우리 태양의 7분의 1밖에 되지 않는다. 프록시마 센타우리가 발견된 것은 1915년으로, 스코틀랜드 천문학자 로버트 이네스가 망원경으로 발견했다. 이네스는 이 별이 지구에서 가장 가까운 별임을 밝혀내고는 ‘프록시마’(Proxima)라 부르자고 제안했다. 이는 라틴어로 ‘가장 가깝다’는 뜻이다. 사실 프록시마가 원래 알파 센타우리 다중성계에 속한 별인지, 아니면 우연히 지나가다 근처에 있게 된 별인지도 확실히 밝혀지지 않았는데, 2016년에 이르러서야 프록시마가 알파 센타우리로부터 약 12,950AU(약 2조km) 떨어져 있으며 55만 년을 주기로 공전하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 어쨌든 이 프록시마가 태양을 제외하고는 가장 가까운 별인데, 거리는 4.22광년이다. 이 거리는 미터법으로는 약 40조km에 이르며, 태양-지구 간 거리의 약 27만 배, 태양-해왕성 간 거리의 9000배에 이르는 엄청난 간격이다. 자, 그러면 이것이 얼마만큼 먼 거리인지 상상력을 발휘해 체감해보도록 하자. 먼저 이 거리를 시속 4km 속도로 걸어서 간다면 약 11억 4000만 년이 걸린다. 사람이 100년을 산다고 보면 약 1100만 명이 릴레이로 걸어가야 한다는 뜻이다. 시속 100km의 차로 달린다면 그보다는 좀 빠르게 4550만 년이면 갈 수 있다. 제트기를 타고 날아가면 약 500만 년이 걸리고, 지금도 심우주의 성간공간을 초속 17km로 날고 있는 보이저 1호를 집어타면 7만 년 남짓 걸린다. 왕복이면 14만 년이다. 이것이 인류가 우주의 다른 별로 이주해갈 수 없는 이유이며, 우리가 외계인을 만날 수 없는 이유이다. 우주에서 가장 빠른 것, 곧 빛을 타고 가면 4년하고도 3개월이 걸리고, 왕복이면 8.5년이 걸린다. 빛이 이웃 별에 마실 갔다오는 데도 이만한 시간이 걸린다니, 빛도 우주의 크기에 비하면 거의 굼뱅이 수준이다. 프록시마와 알파 센타우리 다음으로 가까운 별은 5.96광년의 바너드라는 적색왜성이며, 그 다음은 7.78광년의 볼프 359별로 역시 적색왜성이며 맨눈에는 보이지 않는 어두운 별이다. 허블 우주망원경이 잡은 시리우스A와 B(왼쪽 아래). 태양에서 5번째로 가까운 별은 시리우스로, 8.6광년이다. 또한 이 별은 전천에서 태양 다음으로 가장 밝은 별로 -1.5등성이다. 큰개자리의 알파별인 시리우스는 서양에서는 개별(Dog Star)이라 하고 동양에서는 늑대별(天狼星)이라 불렀다. 늑대 눈처럼 시퍼렇게 보이는 시리우스는 사실 쌍성으로, 그 중 밝은 별은 태양보다 23배 더 밝다. 그렇다면 별들은 왜 이렇게 서로 멀리 떨어져 있는 걸까? 아직까지 어떤 천문학자도 이에 대해 깊이 연구한 이론을 발표한 적이 없다. 이상하게도 별들 사이의 거리가 과학자들에게 별다른 관심을 불러일으키지 못한 모양이다. 다만, <코스모스>의 저자이자 천문학자인 칼 세이건이 별 사이의 거리에 대해 언급한 말이 있을 뿐이다. “별들 사이의 아득한 거리에는 신의 배려가 깃들어 있는 듯하다.” 별들 사이의 이 아득한 거리는 결국 우주가 설계한 것이라고 밖에 볼 수 없다. 아마도 별들이 이보다 더 가까이나 또는 멀리 있다면 별들의 충돌이 다반사가 되거나 은하가 흩어져버려 우리 인간이 우주에 나타나지 못했을지도 모른다. 그래서 우주에서 수시로 은하들이 충돌하더라도 별들 사이의 간격이 너무나 넓어 별들은 거의 충돌하는 일 없이 부드럽게 비켜나간다. 우리 태양계 역시 별들 사이의 거리가 어득히 먼 덕분에 존재할 수 있었을 거라고 생각한다. 그러므로 별들이 저렇게 멀리 있다고 불평하지 말자. 우주의 배려에 감사하자.