지난 4월 미항공우주국(NASA)은 허블우주망원경 발사 18주년을 기념하여 허블사이트(hubblesite.org)에 다양한 은하충돌 사진들을 공개하였다. 천억 개 이상의 별이 모여 있는 거대한 은하들이 충돌하는 모습은 그야말로 격정적인 순간들을 보여준다. 사진 속에서는 아름답게 보이는 은하들의 충돌 모습이지만, 이로 인해 엄청난 변화가 우주에 일어나고 있다. 은하들의 충돌로 새로운 별들이 태어나기도 하고, 또 수많은 생명체가 사라지기도 한다.
20세기에 밝혀진 우주론에 의하면 우주는 빅뱅 이후에 계속해서 팽창하고 있다. 따라서 은하들은 일반적으로 서로 멀어지는 것이 정상이다. 그리고 멀리 있는 은하일수록 더욱 빠른 속도로 멀어져가고 있다. 이것이 현재 우리가 알고 있는 정상 우주론, 즉 우주 팽창 이론이다.
그런데 왜 은하들은 서로 멀어지지 않고 충돌하는 것일까? 모든 은하가 서로 멀어지는 것은 아니다. 은하들은 우주에 골고루 퍼져 있는 것이 아니라 무리를 지어 있다. 우리은하로부터 5백만 광년 거리 내에 있는 은하들을 국부 은하군(群)이라고 하는데, 이 은하들은 서로를 잡아당기는 인력 때문에 가까워지고 있다. 그러므로 우주 팽창 이론에서 말하는 멀어지는 은하는 국부 은하군에 속하지 않는 은하, 즉 서로의 중력이 작용하지 않을 만큼 충분히 먼 거리에 있는 은하들을 말한다.
참고로 우리은하에서 가장 가까이 있는 외부 은하인 안드로메다은하는 현재 우리은하와 조금씩 가까워지고 있다. 우리은하에서 가장 가까운 안드로메다은하까지의 거리는 약 200만 광년으로 지름 10만 광년인 우리은하 크기의 약 20배 정도 밖에 떨어져 있지 않다. 따라서 두 은하 사이에 작용하는 중력은 두 은하를 충분히 가깝게 접근시키기에 충분하다.
지구 지름보다 약 30배나 떨어진 곳에서 달이 지구를 돌고 있고, 태양까지의 거리가 지구 지름의 1만배 이상, 태양 지름의 100배 이상이라는 것만 보더라도 안드로메다은하와 우리은하가 중력적으로 얼마나 가까이 묶여져 있는가를 상상할 수 있을 것이다. 우리은하에서 멀리 떨어져 있는 은하들 중에서도 서로의 거리가 충분히 가까운 은하들은 서로 접근하여 충돌할 수 있다. 허블 망원경에 의해 포착된 은하 충돌 사진들이 바로 그것들이다.
보통 별과 별 사이의 거리는 몇 광년 정도로 은하들이 충돌한다고 해도 별과 별이 부딪히는 일은 거의 없을 것이다. 하지만 우주에는 우리 눈에 보이는 물질만 존재하는 것이 아니다. 실제로 우리 눈에 보이는 물질은 우주에 존재하는 물질의 단 4% 정도에 지나지 않는다. 나머지는 암흑 물질이나 암흑 에너지 같이 눈에 보이지 않는 물질들이다. 은하들이 충돌할 때 이런 암흑 물질, 암흑 에너지가 충돌하기도 하고, 별과 별 사이에 존재하는 거대한 성운들이 서로 부딪히면서 수많은 별들을 만들기도 한다.
지난해 12월 미항공우주국(NASA)은 은하 중심의 블랙홀에서 방출된 방사능 입자들이 인접한 은하와 충돌하는 모습을 최초로 관측하였다고 발표하기도 하였다. 대부분의 은하들은 그 중심에 태양 질량의 백만 배에 가까운 거대한 블랙홀을 갖고 있다. 일반적으로 블랙홀은 모든 물질을 흡수한다고 알려져 있지만, 블랙홀 주변에서는 회전축을 중심으로 감마선과 X선과 같은 엄청난 에너지가 분출된다. 이것을 제트(Jet) 에너지라고 하는데 은하 충돌 시에 거대한 블랙홀에서 방출된 이 에너지들은 수천 광년에서 수백만 광년 떨어진 곳까지 분출되기도 한다. 만일 그 같은 에너지들이 지구와 충돌한다면 오존층과 자기장이 파괴되면서 지구에 있는 모든 생명체가 사라지는 최악의 상황이 벌어질 수도 있다.
안드로메다은하가 우리은하에 접근하는 속도는 초속 100㎞ 이상이다. 이 속도로 두 은하가 접근한다면 앞으로 약 30억년 후에는 서로 충돌하게 될 것이다. 우리가 전혀 예측할 수 없는 수십 억년 후의 일이긴 하지만, 충돌할 경우 우리은하계에 어떠한 생명체도 존재하기 힘들어질지 모른다.
비록 은하는 아니지만 길이 1만 광년 정도 되는 거대한 우주 구름이 우리은하를 향해 접근하고 있다는 관측결과도 발표되었다. 스미스 구름이라고 알려진 이 성운은 약 수 천만년 후에 우리은하의 한쪽 귀퉁이에 충돌할 것으로 알려져 있다. 하지만 블랙홀을 가진 은하가 아니기 때문에 이 충돌로 인해 우리 지구의 생명체에 큰 변화가 있을 것으로는 예상되지 않는다.
은하의 충돌이 우주의 큰 변화라는 것은 분명한 일이다. 하지만 그 충돌을 걱정하기 보다는 우주의 자연스런 변화로 받아들이고, 우주의 신비를 밝히는 노력을 계속해야 할 것이다.
글 : 이태형 대전시민천문대장
