우리은하 천문학과 외부은하 천문학에 대한 모든 것

1. 우리은하 천문학

우리의 태양계는 우리은하(Galaxy; Milky Way)에 속해 있으며, 우리은하의 중심을 공전하고 있습니다. 우리은하란 국부 은하군에 속해 있는 막대나선은하를 의미합니다. 우리은하를 구성하고 있는 것은 서로의 중력을 통해 묶여 있는 별, 가스, 먼지, 암흑물질 등이 있습니다. 공통 질량중심을 축으로 이들은 회전하고 있으며, 지구에서 볼 수 있는 우리은하의 모습에는 한계가 있습니다. 그 이유는 태양계가 성간 먼지를 포함하는 바깥쪽 나선팔에 위치하여 먼지가 대부분의 시야를 가리기 때문입니다.

우리은하 중심부에는 막대 모양의 매우 두꺼운 팽대부가 있습니다. 은하 중심부는 네 개의 나선팔로 둘러싸여 있는데, 이는 소용돌이처럼 바깥쪽으로 퍼져나가는 형태로 존재합니다. 나선팔은 젊은 항성 종족 I (금속 함유량이 가장 높은 항성) 별들이 탄생하는 장소입니다. 은하 원반에는 주로 늙은 항성 종족 II (종족 I에 비하여 금속 함유량이 적은 항성) 별들과 별들이 촘촘하고 빽빽하게 뭉친 구상성단들이 분포하고 있습니다. 구형의 은하 헤일로가 이 은하 원반을 둘러싸고 있습니다. 또한 은하 중심에는 거대한 블랙홀이 있다고 알려져 있습니다. 

별들 사이에는 희박한 성간 물질이 분포하고 있습니다. 이 성간물질은 주로 가스와 먼지 등으로 이루어져 있습니다. 성간 물질의 밀도가 높은 곳에서는 수소 분자와 다른 원소들로 구성된 분자 구름이 만들어집니다. 이곳에서 바로 별들이 탄생합니다. 별의 생성은 분자구름이 빽빽하게 모여있는 암흑 성운의 형태로 시작되었다가, 이들이 압축되고 붕괴하여 원시별을 형성하게 됩니다.

질량이 큰 별들이 만들어지는 곳의 주변은 H II 영역으로 진화합니다. 이 영역은 빛을 방출하는 가스와 플라스마로 이루어져 있습니다. 무거운 별들은 강한 항성풍(하전 입자의 흐름) 방출 후, 초신성 폭발로 생을 마감하게 됩니다. 그 결과 주변의 성간물질이 곳곳에 흩어지게 되고, 가끔 여러 별로 이루어진 산개 성단이 만들어지기도 합니다. 산개 성단의 별들은 점차 흩어지면서 우리은하의 항성 종족에 편입되기도 합니다. 
이렇게 빛을 내지 않지만 질량은 가지는 암흑물질의 본질은 아직 명확하게 밝혀지지 않았지만, 우주에 있는 물질 대부분을 차지하는 것이 이 암흑물질 헤일로인 것으로 여겨집니다. 

2. 외부은하 천문학

외부은하 천문학은 우리은하 밖의 천체와 현상을 연구하는 학문입니다. 연구 대상은 주로 은하단과 은하군, 은하의 형성과 진화, 활동은하, 외부은하의 형태와 분류, 그리고 이들로 이루어진 우주 거대구조 등입니다.

대부분의 은하는 모양에 따라 3가지로 분류됩니다. 첫 번째 타원은하, 두 번째 나선은하, 세 번째 불규칙은하입니다. 타원은하는 이름 그대로 하늘에 투영된 모습이 타원을 띄는 은하입니다. 타원은하의 별들은 성간물질이 적으며, 무작위적인 궤도를 가지고 움직입니다. 주로 나이가 많은 별들로 이루어져 있고 새로 생성되는 별이 거의 존재하지 않습니다. 여러 은하가 합쳐져서 만들어졌다고 여겨지는 타원은하들은 주로 은하단의 중심부에 자리 잡고 있습니다. 나선은하는 회전하는 납작한 원반 모양 형태의 은하입니다. 중심부의 팽대부(또는 막대)와 나선 모양의 팔들로 이루어져 있습니다. 나선팔들은 푸른 빛을 띠고 있으며, 주로 별들이 형성되는 곳으로 성 간 먼지를 많이 포함하고 있습니다. 나선은하들은 또한 헤일로에 둘러싸여 있습니다. 이 헤일로는 나이가 많은 별들로 이루어져 있습니다. 나선은하의 대표적인 예는 우리은하와 안드로메다입니다. 불규칙은하는 일정한 모양을 갖지 않는 은하이다. 나선은하와 타원은하로 분류할 수 없는 나머지 은하들입니다. 다른 은하와의 상호작용에 의하여 이러한 불규칙한 모양이 만들어진다고 알려져 있습니다.

활동은하는 방출하는 에너지의 상당 부분이 은하 중심의 다른 에너지원(블랙홀)으로부터 나오는 은하입니다. 에너지가 성간물질, 별, 먼지 등으로부터 나오지 않습니다. 이러한 활동은하핵은 강착원반(또는 응축 원반)을 가진 초대질량 블랙홀(블랙홀 중 가장 큰 유형)로 여겨집니다. 전파은하, 시퍼트은하, 블레이저, 퀘이사 등이 활동은하에 속합니다. 전파은하는 일반적인 은하와 다르게 전파에서 매우 강한 빛을 내는 은하입니다. 그리고 퀘이사는 우주에서 밝은 천체 중 하나에 해당합니다.

우주 거대구조는 이러한 각각의 은하들이 모여서 이루는 구조를 의미하며, 계층적으로 만들어집니다. 은하들이 모여 은하군을 이루고, 이 은하군들이 모여 은하단을 형성하고, 다시 초은하단을 만드는 구조입니다. 이러한 거대한 집단들은 다시 필라멘트 구조와 그 사이의 공동을 이루며 분포하게 됩니다.