은하계가 우주망에 갇혀 있는 동안 거치는 성장 과정

은하계가 우주망에 갇혀 있는 동안 거치는 성장 과정

거미줄에 걸린 파리처럼

우주를 통해 뻗어나가는 가스와 먼지, 별의 가닥은 은하단을 내장하여 진화에 영향을 미칩니다. 거미줄에 갇힌 파리의 생명이 급격하게 변하는 것처럼 광대한 우주 거미줄에 갇힌 은하계는 돌이킬 수 없을 정도로 극적인 변화를 겪습니다. 캔자스 대학의 과학자들은 다양한 환경의 우주망을 여행하면서 은하단을 형성하는 메커니즘을 더 잘 이해하는 것을 목표로 삼았습니다. 고려대 물리학 및 천문학 교수인 그레고리 루드닉은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 우주 거미줄을 재현했습니다. 루드닉은 우주 거미줄로 이동하는 은하의 가스 함량과 별 형성 특성을 연구하는 작업을 주도하고 있습니다. 다양한 기관에서 얻은 약 14,000개의 은하 이미지를 사용하고 있는 루드닉의 연구팀은 시에나의 0.7m 평면파 망원경을 사용해 추가 관측 자료를 수집할 예정입니다.

 

은하의 변형과 환경 요인

루드닉은 과학 학술지에서 "이 프로젝트의 주요 목적은 은하의 변형에 대한 환경적 요인의 영향을 이해하는 것"이라고 밝혔습니다. 루드닉은 "우주에서 은하계는 다양한 밀도를 특징으로 하는 불균일한 분포로 퍼져 있다. 이러한 은하계는 수십에서 수백 개의 은하로 구성된 작은 그룹뿐만 아니라 수백에서 수천 개의 은하로 구성된 큰 클러스터로 합쳐진다"라고 설명했습니다. 은하들은 클러스터나 그룹으로 존재할 수 있습니다. 루드닉은 "은하들이 우주에서 필드라고 불리는, 더 고립되고 밀도가 낮은 지역에 거주할 수도 있다"라고 부연했습니다.

 

필라멘트로 이뤄진 은하

우주망과 은하계를 시뮬레이션한 이전 연구에서는 성단과 은하단의 은하를 현장에 있는 은하단과 비교한 반면, 성단을 연결하는 가스, 먼지, 별의 길쭉한 필라멘트 구조를 고려하지 않았습니다. 루드닉과 동료들은 이 우주 고속도로를 고려해 은하가 직면하는 필라멘트 환경, 은하가 어떻게 그룹화 및 클러스터로 채널링 되는지, 필라멘트가 진화에 어떻게 영향을 미치는지에 중점을 뒀습니다. 루드닉은 "은하는 은하단으로 가는 경로를 따라가며, 그룹과 성단으로 발전하기 전에 처음으로 밀도가 높은 환경을 경험한다"라고 이야기했습니다. 이어 그는 "필라멘트로 이루어진 은하를 연구하면 밀도가 높은 환경에서 은하의 초기 조우를 조사할 수 있을 것"이라 내다봤습니다.

 

은하단 도시의 중심

루드닉은 또 "은하단의 도시 중심에 들어가는 대부분의 은하들은 우주 웹의 초고속도로를 따라 그렇게 한다"라며, "몇몇 은하들은 주변 환경과 많은 상호 작용 없이 은하단과 은하군으로 데려오는 시골 경로를 택한다"라고 덧붙였습니다. 그러면서 "필라멘트는 주간 고속도로와 유사하지만, 밀집된 지역으로 이동이 적은 경로는 도시 경계에 접근하기 위해 캔자스의 시골 도로에서 운전하는 것과 유사하다"라는 예시를 더했습니다. 은하는 필라멘트로 존재할 수도 있고 끈의 구슬처럼 필라멘트에 존재하는 그룹으로 존재할 수도 있습니다. 실제로 우주 대부분의 은하계는 그룹 내에 존재합니다. 이 시뮬레이션을 통해 환경 영향의 시작에 대한 통찰력을 얻은 연구팀은 은하가 가장 흔히 발견되는 필라멘트와 그룹에서 은하가 어떻게 행동하는지 해독할 수 있기를 바라고 있습니다.

 

갇힌 은하에서 별이 탄생하다

고려대 팀이 수행하는 작업의 주요 측면 중 하나는 우주 웹 필라멘트의 조건이 중입자 주기라고 불리는 과밀도 주머니의 가스 처리에 어떤 영향을 미치는지 평가하는 것입니다. 지나치게 밀도가 높은 가스와 먼지 덩어리가 붕괴할 때 별이 탄생하기 때문에 중입자 순환의 붕괴는 별 형성을 촉진하거나 방해하여 은하의 성장을 증가시키거나 둔화시킬 수 있습니다. 루드닉은 "은하 사이 공간에는 가스가 포함되어 있다"라며 운을 뗐습니다. 실제로 우주에 있는 대부분의 원자는 이 가스에 있으며, 그 가스는 은하계에 부착될 수 있습니다. 루드닉은 "이 은하 간 가스는 별로 변환되지만, 이 과정의 효율성은 상대적으로 낮으며, 별 형성에 기여하는 비율은 적다. 대부분은 큰 바람의 형태로 추방된다"라고 전했습니다. 이러한 바람 중 일부는 은하계에서 다시 우주로 불어오는 유출이 되는 반면, 바람에 날린 다른 물질은 원래 은하계로 되돌아가서 축적되며, 최종적으로 중입자 주기의 일부로 재활용됩니다. 은하는 은하 간 매체에서 가스를 끌어와 그중 일부를 별로 변환하는 중입자 처리 엔진으로 개념화될 수 있습니다.

 

결국 은하계로

별은 차례로 초신성이 되어 더 무거운 원소를 생성하고, 가스의 일부는 우주로 날아가 은하 분수를 형성합니다. 결국 이들은 은하계로 떨어집니다. 우주 웹의 밀도가 높은 환경에 직면하면 은하계는 가스를 적극적으로 제거하거나 향후 가스 공급을 차단합니다. 이로써 내부 압력은 변경되고 중입자 순환은 방해를 받습니다. 결과적으로 성단의 중심부에 위치한 은하계 별 공장이 활성화되며 별을 생성하는 원시 물질이 냉각됨에 따라 속도가 느려집니다. 이 교란은 은하계의 가스 흡입과 배출에 영향을 미쳐 별 형성 과정에 변화를 가져옵니다. 이에 따라 별 형성이 일시적으로 증가할 수 있지만, 결국 별 형성은 감소하게 됩니다.