허블, 한 쌍의 왜소은하 코로나 방어막 감지
수십억 년 동안 우리 은하의 가장 큰 위성 은하인 대마젤란 성운과 소마젤란 성운은 위험한 여정을 따라왔다. 우리 은하를 향하며 서로 궤도를 도는 그들은 가스 파편의 흔적을 남기고 풀리기 시작했다.
이 왜소은하는 온전한 상태로 남아 있으며 활발한 별 형성이 계속되고 있다.
미국 콜로라도 칼리지(Colorado College) 조교수 다네쉬 크리슈나라오(Dhanesh Krishnarao)는 “많은 사람들이 이러한 물질의 흐름이 어떻게 거기에 있을 수 있는지 설명하기 위해 고심하고 있었다. 만약 이 가스가 이 은하들에서 제거되었다면 그들은 어떻게 여전히 별을 형성하고 있을까”라고 말했다.
NASA의 허블 우주 망원경과 FUSE(Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer)라는 퇴역 위성의 데이터 덕분에 Krishnarao가 이끄는 천문학자 팀은 마침내 답을 찾았다. 뜨거운 하전된 가스로 이뤄진 코로나(corona)가 두 은하에 영향, 가스 공급이 은하수에 의해 흡수되는 것을 방지하고, 따라서 그들이 계속해서 새로운 별을 형성할 수 있도록 한다.
28일(현지시각) 네이처(nature) 저널에 발표된 이 발견은 은하 진화의 새로운 측면을 다루고 있다. 미국 메릴랜드주 볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소(Space Telescope Science Institute) 공동 연구원인 앤드류 폭스(Andrew Fox)는 “은하들은 다른 은하들에 대한 방어막 역할을 하는 가스 고치로 스스로를 감싸고 있다”고 말했다.
위스콘신-매디슨 대학(University of Wisconsin–Madison) 공동 연구원 엘레나 돈기아(Elena D’Onghia)는 “우리는 우리 은하에 떨어지는 마젤란 성운의 시뮬레이션에 코로나를 포함시키면 추출된 가스의 질량을 처음으로 설명할 수 있다는 것을 발견했다. 우리는 대마젤란 성운이 코로나를 가질 만큼 거대해야 한다는 것을 알고 있었다”고 설명했다.
그러나 코로나가 마젤란 구름에서 10만 광년 이상 뻗어 있고 남쪽 하늘의 많은 부분을 덮고 있지만 실제로는 보이지 않았다. 이를 매핑하려면 적절한 측정을 위해 30년 동안 보관된 데이터를 조사해야 했다.
연구자들은 은하의 코로나가 수십억 년 전에 붕괴되어 은하를 형성한 원시 가스 구름의 잔해라고 생각한다. 코로나는 더 멀리 떨어진 왜소은하 주변에서 볼 수 있었지만 천문학자들은 이전에 이만큼 자세하게 탐사할 수 없었다.
크리슈나라오는 “컴퓨터 시뮬레이션에서 그들이 어떻게 생겼는지, 수십억 년 동안 어떻게 상호 작용해야 하는지에 대한 예측이 많이 있지만 왜소은하는 일반적으로 감지하기가 너무 어렵기 때문에 관측상 대부분을 실제로 테스트할 수 없다”라고 말했다.
마젤란 성운은 우리 은하 바로 앞에 있기 때문에 왜소은하가 어떻게 상호작용하고 진화하는지 연구할 수 있는 이상적인 기회를 제공한다.
마젤란 코로나의 직접적인 증거를 찾기 위해 연구팀은 수십억 광년 뒤에 위치한 퀘이사의 자외선 관측을 위해 허블과 FUSE 기록 보관소를 뒤졌다. 퀘이사는 거대한 활성 블랙홀을 품고 있는 은하의 극도로 밝은 코어다. 팀은 코로나가 자체적으로 보기에는 너무 어두울지라도 배경에 있는 퀘이사에서 나오는 밝은 빛의 독특한 패턴을 가리고 흡수하는 일종의 안개로 보여야 한다고 추론했다. 퀘이사에 대한 허블 관측은 과거에 안드로메다 은하를 둘러싼 코로나를 매핑하는 데 사용됐다.
연구팀은 28개 퀘이사의 자외선 패턴을 분석해 대마젤란 성운을 둘러싼 물질을 감지, 특성화하고 코로나가 존재함을 확인할 수 있었다. 예상대로 퀘이사 스펙트럼에는 은하를 둘러싸고 있는 뜨거운 플라즈마의 후광을 구성하는 탄소, 산소, 규소의 뚜렷한 특징이 새겨져 있다.
코로나를 감지하는 능력에는 매우 상세한 자외선 스펙트럼이 필요했다. 크리슈나라오는 “허블과 FUSE의 분해능이 이 연구에 결정적이었다. 코로나 가스는 너무 확산돼 거의 없었다”고 설명했다. 또한 마젤란 성운에서 끌어온 흐름과 은하수에서 유래한 물질을 포함하여 다른 가스와 혼합된다.
결과를 매핑함으로써 팀은 대마젤란 성운의 중심에서 멀어질수록 가스의 양이 감소한다는 것을 발견했다. 크리슈나라오는 “이 코로나가 실제로 존재한다는 것을 알려주는 완벽한 신호”라며 “정말로 은하계를 고치고 보호하고 있다”고 말했다.
그러한 얇은 가스 덮개가 어떻게 은하계를 파괴로부터 보호할 수 있을까?
크리슈나라오는 “은하계로 통과하려는 모든 것은 먼저 이 물질을 통과해야 하므로 그 영향의 일부를 흡수할 수 있다. 또한 코로나는 가장 먼저 추출할 수 있는 물질이다. 코로나를 조금 포기하면서 은하 자체 내부에 있는 가스를 보호하고 새로운 별을 만들 수 있다”라고 설명했다.
