별의 속도를 계산하자 은하수의 모습도 달라졌다

밤하늘을 오래 바라보고 있으면 은하수는 마치 움직이지 않는 희미한 빛의 띠처럼 보인다. 여름철 하늘을 가로지르는 흐릿한 밝기 역시 아주 오래전부터 그대로 남아 있던 정적인 풍경처럼 느껴지는 경우가 많다. 하지만 별빛의 파장과 이동 속도를 계산한 연구가 쌓이면서 상황은 조금 달라졌다. 우리가 고정된 빛처럼 바라보던 은하수 안에서는 엄청난 수의 별과 성간 가스, 먼지가 서로 다른 궤도를 따라 긴 회전 주기를 지나가고 있었기 때문이다. 태양 역시 우리 은하 중심을 따라 아주 긴 회전 경로 안에서 움직이고 있었고, 가스 구름은 나선팔을 지나며 새로운 별 형성 지역을 만들어 내고 있다. 익숙하게 보이는 우리 은하 모습도 별의 이동 방향과 속도를 함께 계산해 보기 전까지는 하나의 정적인 띠처럼 느껴졌다. 하지만 계산 결과를 겹쳐 보면 수많은 별과 가스가 서로 다른 방향으로 회전하는 거대한 구조가 드러난다. 오래된 별과 가스 구름이 겹쳐 지금의 우리 은하 형태로 남게 된 이야기를 따라가다 보면, 밤하늘 위 흐릿하게 이어진 은하수 띠 역시 사실은 수많은 별과 가스가 서로 다른 이동 방향 안에서 남긴 장대한 회전 경로에 가까웠다는 사실까지 함께 떠올리게 된다.

 

은하수는 왜 멈춰 있는 띠처럼 보였을까 

여름 밤하늘을 바라보면 희미한 은하수 띠가 하늘 한쪽 끝에서 다른 방향까지 길게 이어져 있었다. 도시 불빛이 적은 지역에서는 그 흐릿한 빛이 예상보다 훨씬 선명하게 드러나는 날도 있었다. 처음에는 단순히 별이 많이 모여 있는 구간처럼 느껴지기도 했다. 특별한 움직임보다는 오래된 빛이 그대로 남아 있는 장면에 가까웠다. 하지만 별의 속도를 계산한 자료들을 따라가다 보면 은하수를 바라보는 방식도 조금 달라진다. 우리가 정지된 풍경처럼 바라보던 은하수 안에서는 지금 이 순간에도 엄청난 수의 별이 서로 다른 이동 경로를 따라 중심 주변을 지나가고 있었다. 희미하게 이어진 빛 안에서도 중심 부근 별들과 바깥 영역 별들의 속도가 서로 다르게 나타난다는 점은 자꾸 다시 떠올랐다. 밤하늘에서는 거의 변하지 않는 것처럼 보였던 은하수 띠 역시 실제로는 장대한 회전 경로 안에 놓여 있었다는 사실이 묘하게 오래 남기도 했다.

별들은 서로 다른 방향으로 지나가고 있었다

천문학자들은 별빛 파장을 분석해 별의 속도를 계산하고 있다. 도플러 효과를 이용하면 별이 우리에게 가까워지는지, 멀어지는지까지 어느 정도 확인할 수 있다. ESA의 가이아(Gaia) DR3에서 공개한 별 이동 자료를 따라가다 보면 별들은 모두 같은 속도로 움직이지 않았다. 중심 주변에서는 훨씬 빠른 이동이 나타났고, 바깥 방향으로 갈수록 다른 속도가 확인되기도 했다. 태양 역시 멈춰 있는 별이 아니었다. 우리 은하 안에서는 태양계 또한 중심 영역을 따라 긴 회전 주기 안에 놓여 있었으며, 한 바퀴를 도는 데만 약 2억 년이 넘는 기간이 걸리는 것으로 추정된다. 공룡 시대 이후에도 아직 은하 중심을 완전히 한 바퀴 돌지 못했다는 계산 결과를 보고 있으면 현재 인간 기준의 시간 감각 자체가 굉장히 짧게 느껴지는 순간도 있었다. 그런 계산 결과를 보고 나면 작은 별의 이동 방향 위치 변화까지 괜히 다시 눈에 들어오기도 했다. 별자리처럼 익숙하게 보이는 배치 역시 아주 긴 회전 경로 안에서는 서서히 다른 형태로 달라지고 있다는 점이 함께 드러나고 있었다. 일부 별은 주변 별 무리와 다른 방향으로 지나가고 있었고, 오래된 별일수록 속도 차이가 더 크게 나타나는 경우도 보고되고 있었다.

성간 가스와 먼지는 어디로 펴져 나가고 있었을까 

별들만 움직이는 줄 알았는데 ALMA 전파망원경 관측 자료를 보다 보면 성간 가스와 먼지 띠도 생각보다 넓은 영역을 지나가고 있었다. 성간 가스와 먼지 띠 역시 아주 넓은 영역 안에서 오랜 기간 다른 위치로 퍼지고 있었다. ALMA 관측 자료에서는 나선팔 부근에 성간 가스가 상대적으로 밀집된 구간이 자주 확인된다. 일부 영역에서는 가스 밀도가 높아지면서 새로운 별 형성 지역이 만들어지기도 한다. 별이 탄생한 이후에도 주변 물질은 다시 다른 방향으로 흩어진다. 오래된 별은 중심부 바깥 방향으로 지나가고 있었고, 가스 일부는 또 다른 별 형성 지역으로 퍼져 나가고 있었다. 이 넓은 별 집단은 처음 생각했던 것보다 훨씬 고정된 그림에 가까운 공간이 아니었다. 먼지 띠가 서서히 다른 위치로 퍼지는 관측 사진을 보고 있으면 지금 바라보는 우리 은하 모습 역시 긴 우주 범위 안에 놓인 한 시기의 형태처럼 보이기도 했다. 나선팔 부근에서 별이 새롭게 형성되는 영역과 이미 오래된 별이 밀집된 영역이 서로 다른 위치에 분포한다는 점도 이상하게 오래 기억됐다.

지금 태양계가 놓인 위치는 은하 안에서 어느 정도일까 

별들의 이동 속도를 함께 계산해 보면 태양계 역시 우리 은하 중심에서 약 2만 6천 광년 떨어진 오리온 팔 부근을 따라 움직이고 있다는 점이 함께 드러난다. 별들의 분포를 함께 비교하면 중심부와 바깥 영역은 서로 다른 환경을 보였고, 태양계는 그 사이 비교적 안정적인 구간을 지나고 있는 것으로 해석된다. 이 위치가 태양계 환경과 어떤 관련이 있는지도 함께 연구되고 있다. 계산 결과를 이어 보면 이 위치 역시 고정된 점이 아니라 긴 회전 경로 위에 놓여 있었다. 태양은 중심 영역 주변을 따라 긴 회전 주기 안에 놓여 있었고, 주변 별들 역시 서로 다른 속도로 지나가고 있었다. 밤하늘 별자리를 익숙한 모양으로만 바라보다가도 그 배치가 사실은 아주 느린 이동 안에 놓여 있다는 점을 떠올리게 되는 날도 있었다. 은하년이라는 개념을 처음 접했을 때, 인간이 살아가는 기준과 우주 규모 변화 사이의 차이가 예상보다 훨씬 크게 느껴지기도 했다.

별들의 이동 방향 안에는 오래된 병합 흔적도 남아 있었다

천문학자들은 지금 우리가 속한 공간 역시 과거 여러 작은 은하와 부딪히거나 합쳐졌을 가능성이 높다고 보고 있다. ESA 가이아(Gaia) DR3 분석에서는 외곽 헤일로 영역 안에서 서로 다른 이동 방향을 가진 오래된 별 무리가 발견되기도 했다. 일부 별 분포는 기존 방향과 다른 속도를 보이고 있었고, 이는 오래전 다른 은하가 흡수된 자국일 가능성으로 연결되고 있었다. 중심 팽대부 역시 한 번에 완성된 형태라기보다 긴 우주 흐름 안에서 별 무리와 가스가 겹쳐지며 점차 커진 영역에 가까운 것으로 해석되고 있다. 암흑물질 역시 전체 이동 경로에 큰 영향을 주는 요소로 거론된다. 눈으로 직접 볼 수는 없지만 별 속도를 설명하려면 현재 관측되는 물질보다 훨씬 큰 질량이 필요하다는 계산 결과가 여러 차례 등장하고 있었다. 외곽 영역에서 발견되는 오래된 구상성단 일부는 지금도 과거 은하 병합 흔적을 간직하고 있을 가능성이 제시된다.

은하수 띠를 다시 바라보면 이전과는 조금 다른 장면이 남기 시작한다

별의 속도 계산 자료를 함께 떠올리고 은하수를 다시 바라보면 풍경은 이전과 조금 다르게 남는다. 하지만 별 속도 자료와 전파망원경 관측 결과까지 함께 이어 보면 그 풍경은 예전과는 조금 다른 방식으로 눈에 들어온다. 흐리게 이어진 빛 안에서는 수많은 별과 가스가 서로 다른 이동 방향을 따라 지나가고 있었고, 태양 역시 그 장대한 경로를 따라 이동하고 있었다. 한동안 은하수 띠를 바라보고 있으면, 별의 속도를 계산하기 전에는 하나의 띠처럼 보였던 은하수도, 이제는 서로 다른 속도와 이동이 겹쳐 만든 장대한 구조처럼 보이기 시작한다.