우주04.안드로메다은하

안드로메다 은하

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우리 은하의 가장 가까운 이웃인 안드로메다 은하는 육안으로 볼 수 있는 가장 먼 천체다. 안드로메다라는 이름은 주변의 별자리의 이름을 따온 것이다. 안드로메다 은하는 어두운 곳에서 맑은 밤에만 볼 수 있고 아름다운 나선형이다. 안드로메다 은하의 별무리는 원반 모양으로 펼쳐져 있다. 폭은 보름달만하고, 넓이는 보름달의 반 정도이다. 크게 확대해야만 그것이 보름달의 6배 길이로 펼쳐져 있다는 것을 알 수 있다. 안드로메다에서 지구와 가장 가까운 거리는 250만 광년이다. 상대적으로 가까워서 다른 나선은하에 비해 관찰하기에 편하다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 안드로메다 은하 내의 블랙홀, 별 그리고 다른 물체들에 대해 상세한 연구를 해왔다. 2015년 허블우주망원경이 안드로메다 은하의 부분들을 촬영해서 모자이크처럼 이어 붙인 고해상도 사진이 공개되기도 했다. 이 이미지는 안드로메다를 가장 자세히 보여주는 상세한 사진이다. 망원경의 411개 지점에서 찍은 7,398건의 노출이 포함되어 있고, 먼지 구조와 다른 특징들뿐만 아니라 은하 내에 있는 1억 개 이상의 별들이 있다. 당시 과학자들은 이 이미지들이 지구로부터 훨씬 더 멀리 떨어져 있는 나선은하의 구조를 추정하는 데 도움이 될 것이라고 말했다.

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안드로메다에 대한 연구 역사

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964년, 페르시아의 천문학자 압드 알 라만 알 수피는 우리의 가장 가까운 이웃에 대한 최초의 알려진 보고서인 '고정된 별들의 책'에서 안드로메다 은하를 '작은 구름'이라고 묘사했다. 1764년 프랑스의 천문학자 샤를 메시에가 '성운 및 성단 목록'에 수록한 110개의 천체들 중 안드로메다는 31번째에 속했다. 메시에 31(M31)이라는 이름을 가진 안드로메다는, 당시 은하가 아니라 우리 은하에 속한 성운이라고 생각되었다. 안드로메다의 첫 사진은 1887년 아이작 로버츠에 의해 찍혔다. 1920년에 미국의 천문학자 섀플리와 커티스는 안드로메다 은하를 두고 대논쟁을 벌였다. 그 당시 천문학자들은 은하수가 전 우주를 구성하고 있다고 생각했고, 성운이라고 알려진 이상한 부분들이 그 안에 놓여 있었다. 안드로메다 은하 역시 성운 중 하나였다. 논쟁점은 과연 그 성운이 크기가 작고 우리은하 내에 위치해 있는지, 아니면 다른 은하인지 하는 것이었다. 섀플리는 우리 은하가 우주 전체라고 보았으며, 안드로메다가 단순히 우리은하에 속한 천체라고 믿었다. 반면에 커티스는 안드로메다가 우리은하 밖에 존재하는 다른 은하라고 주장했다. 이 대논쟁은 1925년이 되어서야 허블에 의해 마무리되었다. 허블이 안드로메다 성운을 관측하였는데, 사진에서는 흠집이거나 신성이라고 볼 수 있는 점이 발견되었다. 허블은 그 점이 신성임을 확인하기 위해서 안드로메다 성운을 5분간 노출하여 다시 찍었다. 그 점은 그대로 그 자리에 있었고, 신성일 가능성이 있는 두 점을 더 발견하였다. 이후에 그는 두 번째 점이 신성임을 알아냈고, 세 번째 점이 세페이드형 변광성임을 알아냈다. 허블은 자신이 발견한 세페이드형 변광성을 이용하여 안드로메다 성운까지의 거리를 추정했다. 안드로메다 성운까지의 거리는 지구에서 약 90만 광년으로, 우리 은하의 지름의 길이인 10만 광년보다 훨씬 먼 거리였다. 이렇게 그는 안드로메다 성운이 하나의 또 다른 은하임을 증명한 것이다.

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우리은하와 안드로메다 은하 비교

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우리은하, 안드로메다와 같은 나선은하는 가스, 먼지, 별의 원반과 거대한 후광으로 둘러싸인 가운데에 있는 물질의 밀집된 덩어리를 포함하고 있다. 안드로메다 은하 탐사 초기에는 우리은하가 더 많은 암흑물질을 포함하며, 안드로메다 은하보다 크기가 크다고 여겨졌다. 2006년의 관측들은 안드로메다 은하가 약 1조 개의 별들을 포함하는 것을 보여 주었다. 이는 약 2,000~4,000억 개의 별들을 포함할 것으로 추정되는 우리은하의 두 배가 넘는다. 그러나 질량에 대해서는 다른 결과를 보인다. 2006년 연구에 따르면 우리은하의 질량이 안드로메다 은하의 질량의 80% 정도라고 했지만, 2009년의 연구에서는 우리은하와 안드로메다 은하의 질량이 거의 같다고 한다. 또한 2005년과 2007년에 수정된 크기 추정치로부터 별과 별의 움직임을 관찰한 결과, 안드로메다를 둘러싼 물질의 후광이 이전에 측정한 것보다 6배 더 크고 1,000배 더 무겁다는 사실이 밝혀졌다. (당시 천문학자들은 우리은하에도 후광이 있을 수 있다고 말했으며, 두 은하의 후광은 이미 합쳐지기 시작했다고 한다.)

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최근 안드로메다에 대한 연구와 발견

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최근 천문학자들은 안드로메다 내의 블랙홀 활동도 조사했다. 2017년 말, 과학자들은 예상치 못하게 서로 근접한 궤도를 돌고 있는 두 개의 초대질량 블랙홀을 발견했다. 그 당시, 연구팀은 이 블랙홀들이 알려진 어떤 초거대 블랙홀들 중에서도 가장 단단하게 결합되었을 것이라고 말했다. NASA의 찬드라 X-레이 망원경을 이용한 연구는 2013년 안드로메다에서 26개의 블랙홀 후보들을 발견했고, 이것은 우리 은하수 이외의 다른 은하에서 발견된 후보들 중 가장 큰 발견물이 되었다. 2016년 또 다른 40개의 블랙홀이 나사의 X선 관측 전문 NuSTAR를 이용하여 추적되었다. 또한 2017년 안드로메다에서 빠른 속도로 회전하는 죽은 별인 펄서가 발견되었다. 새로운 관측 결과, 이 물체의 빛의 스펙트럼은 은하계의 펄서와 비슷한 것으로 나타났다. 안드로메다에 대한 다른 발견들은 2011년에 적외선 파장에서 별의 탄생과 죽음을 추적한 것, 2017년에 암흑 물질의 지표가 될 수 있는 감마선 방사선을 발견한 것, 그리고 2020년에 안드로메다 주변의 왜소 은하들의 고리를 발견한 것 등이다.

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우리은하와 안드로메다 은하의 미래

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​한 가지 놀라운 사실이 있는데, 바로 안드로메다 은하와 우리 은하가 점점 가까워지고 있다는 것이다. 하루에 무려 약 40만 km씩 가까워지고 있다고 하니 엄청나게 빠른 속도이다. 초속으로는 약 112킬로미터이다. 인간은 분명 이 두 은하의 충돌으로부터 살아남을 수 없을 것이다. 이 충돌 시나리오는 바꿀 수 없다. 하지만 우리 은하와 안드로메다 은하의 거리가 아주 먼 덕분에, 지구는 몇 십억년 동안은 안전하다. 천문학자들은 안드로메다가 약 37억 년 후에 우리 은하와 충돌할 것으로 추정하고 있다. 그때쯤이면 태양은 붉은 거성으로 부풀어 올라 태양계의 행성들을 삼켜버릴 것이기 때문에, 지구의 문제는 안드로메다와의 충돌이 아니라 태양으로부터 받는 지옥과 같은 열기일 것이다.

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'밀키웨이(우리은하)'와 '안드로메다'가 결합되어 탄생할 새로운 '밀코메다' 은하는 부드러운 거대 타원 은하 또는 거대 원반 은하가 될 것이다. 충돌 초기에는 새로운 먼지가 유입되어 별의 형성을 촉진시키고, 나선팔이 결합된 쌍으로부터 미친 듯이 돌출되는 지저분한 단계를 거치게 될 것이다. 지구가 없는 태양은 은하수를 영원히 떠날 것이며 60억 년 후에 합병이 마무리될 것이다.

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사실 은하 충돌은 우주 진화의 정상적인 부분이다. 안드로메다와 우리 은하 둘 다 이미 다른 은하와 충돌한 흔적이 있다. 안드로메다는 중앙에 커다란 먼지 고리를 자랑하며 흥미로운 모양을 하고 있는데, 천문학자들은 이 먼지가 먼 옛날 안드로메다 은하가 다른 은하를 삼켰을 때 형성되었을 것으로 믿고 있다.

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