성단에 대한 신문기사의 좀더 자세한 해설

이 기사를 분석해 보고자 한다.
전체적인 기사 내용은 다른 언론매체의 기사와 별반 다를 것이 없다.

연세대 자외선우주망원경연구단의 윤석진(36)·이석영(41)·이영욱(46) 교수 연구팀은 19일 “거대타원은하에서 별들의 집단인 구상성단(球狀星團)이 내는 빛이 붉은색과 푸른색 2가지로 갈라지는 현상은 나이가 다른 두 은하가 충돌하여 합병된 것이 아니라, 같은 시기에 형성된 수천 개의 작은 은하들이 합쳐졌기 때문임을 처음으로 입증했다”고 밝혔다

이 상자 안의 내용은 다른 신문사들과 거의 똑같은 내용이다. 분명 연세대 측에서 발표할 때 사용한 어구들임에 틀림이 없다.

여기서 구상성단이 붉은색과 푸른색 2가지로 갈라지는 현상에 대한 설명을 기자들이 전반적으로 이해하지 못한 것 같다. 구상성단은 몇 억 개 이상의 많은 별들이 모인 늙은 별들의 집단이다. 나이가 100억년 이상씩 되는 늙은 별들은 색이 붉으며, 태양보다도 더 작은 크기의 별들이 대부분이다. 별들은 크기가 커지면 더 빨리 진화하여 종말을 맞이하므로, 태양정도의 별이 구상성단 안에 위치했다면 벌써 수십억 년 전에 초신성폭발을 일으켰을 것이다. 따라서 현재 구상성단 안에 위치하는 별들은 최소한 태양보다는 작은 별들이 되는 것이다. 이러한 성단 안에는 이유를 알 수 없는 푸른 별들이 소수 존재하는데, 대부분의 학자들은 이 푸른색 별은 다른 별과 쌍성계를 이루고 있다가 쌍성계의 복잡한 진화의 한 과정에서 상대방 별의 물질을 받아들여 상대방은 백색왜성이나 중성자성 같은 천체로 변하고, 푸른 별은 다시 젊어졌기 때문으로 짐작한다. (구상성단 안에 큰 별이 존재하지 않는 이유는 큰 별들이 처음부터 없었던 것은 아니고, 이미 모두 진화를 끝내고 사라졌기 때문이다.)

구상성단의 내부에 존재하는 별들의 구성은 거의 일정하기 때문에 나이에 따라서 붉은 별과 푸른 별의 비율은 일정하게 된다. 따라서 구상성단의 나이는 이 두 가지 별의 비율로 계산이 가능하며, 따라서 나이가 다른 은하들이 충돌할 경우에는 각각의 은하에 포함된 나이가 다른 구상성단들이 섞이게 되어 현재 관측되고 있는 타원 은하 전체에 존재하는 붉은 별과 푸른 별의 일정한 비율을 이룰 수 없게 된다. (어떤 구상성단은 푸른 별이 더 많고, 다른 구상성단은 더 적고 해야 하기 때문이다….)

따라서 거대한 타원은하의 충돌은 비슷한 때와 장소에서 생성된 같은 나이의 은하들이 합쳐진 것이라는 것을 밝혀낸 것이다.

별의 색이 붉은 색과 푸른색을 띄는 것은 별의 표면 온도와 관계가 있는데, 별의 중심부에 수소가 핵융합 하고 있으면 온도가 그리 높을 필요가 없어서 별이 작고, 그렇게 되면 내부의 에너지가 외부로 노출되는 면적이 적어서 표면온도가 높아 푸른색을 더 많이 방출하고, 별의 중심부에 수소가 떨어져 헬륨이 핵융합하고 있으면 온도가 더 높아져야 하므로 별이 크게 부풀고, 이렇게 되면 표면의 면적이 넓어져서 단위면적당 전달되어 오는 에너지양이 줄어들어 표면온도가 낮아지므로 붉은 색을 더 많이 방출하게 되기 때문이다.

따라서 이번 시뮬레이션의 결과로 붉은 별과 푸른 별의 비율을 측정하면 더욱 더 정확한 구상성단(나아가서 은하)의 나이를 알아낼 수 있게 된 것이다. 다음 논문은 이에 대해서 다루게 될 것이라고 하는 건 그래서 당연한 것이다.

또 한 가지….
이 기사들을 보면 기존의 정설이 두 나선은하의 충돌로 하나의 거대타원은하의 형성으로 됐다는 이론이 기존 정설이라고 하면서 나오는데 (이에 대해서는 내 글에서도 한번 언급한 적이 있다.) 이는 잘못된 부분으로 기존의 두 나선은하 충돌이론은 시뮬레이션이 그정도까지만 이뤄질 수 있었기 때문에 그렇게 되어있던 이야기이고, 실제로는 그들도 다수개의 은하 충돌을 생각했었다. 따라서 정설이라는 것은 두 개가 아닌 여러 개의 은하의 합체라고 말해야 한다.


이러한 연구를 하는데 있어서 중요한 것은 컴퓨터를 조작하는 능력이다.

별(혹은 구상성단) 한 개를 나타내는데 필요한 기억장소만 최소 7가지(위치 3가지, 속도 3가지, 질량 1가지)여야 하며, 은하 한 개 안의 별(혹은 구상성단)들을 시뮬레이션 하려면 최소한 100만개의 입자를 다뤄야 한다. 이들 사이의 연산은 간단한 뉴턴역학에 기초하기만 하고, 외부의 영향이나 암흑물질의 영향 등을 제외한다고 하더라도 계산양은 방대해진다. 이는 슈퍼컴퓨터로 돌리더라도 엄청 오래 걸릴 계산이 될 것이다.

그래서 프로그래밍상에 여러가지 기법들이 작용하게 되므로 컴퓨터 프로그래밍 실력은 점차 굉장히 중요한 연구요소로 변하고 있다.

천문학과에 가고 싶은 사람은 컴퓨터를 열심히 공부해라. ^^;

[#M_ more.. | less.. |

거대타원은하란 1만개 이상의 구상선단으로 이뤄진 별의 집단을 말하며, 구상선단이란 평균 100만개 이상 별들이 공처럼 뭉쳐져 있는 것을 말한다.

용어가 좀 이상하다. ‘구상선단’이란 말 자체는 존재하지 않는다. 선단은 성단이라는 말로 바꿔 써야 한다. 또 평균이라는 말과 이상이라는 말을 동시에 사용하는 것은 의미가 어떻게 사용된 것인지 잘 모르겠다. ^^;
그리고 거대타원은하라도 (타원은하 중에도 우리은하보다 작은 소형이 존재하기 때문에 상대적으로 큰 은하라는 의미로 ‘거대’를 사용했다.) 모든 별들이 구상성단에 존재하지 않는다. 오히려 성단들은 범위가 불분명하기 때문에 기사에서 저 문구는 사용하지 않는 것이 더 나았다고 보여진다._M#]

ps2.
정확히 기억은 나지 않는데 논문의 저자인 이영욱 교수님한테 강의듣던 추억이 새록새록하다. ^^


[#M_참고로…. 성단들의 사진들을 감상해 보자. ^^|참고로…. 성단들의 사진들을 감상해 보자. ^^|

M87 타원은하. 이 은하도 거대 타원은하 중 한 개다.

NGC 1316 타원은하. 은하 위의 무늬는 정확히 어떤 위치에 존재하는 것인지는 모르겠지만, 암흑성운이 존재하여 은하의 빛을 중간에 차단하고 있기 때문이다. 암흑성운의 위치는 은하의 주변이거나 우리은하 내부가 될 텐데 정확히는 모르겠다. ^^;

AM 0644-741 (ring galaxies)
이런 불규칙한 모양은 은하들 간의 충돌로 인해 생겨나는 경우가 많다. 이 사진의 은하는 작은 은하가 큰 은하의 중심부를 관통하면서 형성된 모습이다. 그 결과 큰 은하의 내부가 중력 요동이 생겨났고, 많은 가스운들이 뭉쳐서 새로운 별이 수도 없이 많이 생겼다. 시간이 지나면 저 은하들이 중심부 부근으로 모여들면서 상호작용을 하여 타원은하로 성장하게 될 것이다. 해설에 의하면 저 고리의 크기는 3억 광년이라고 한다. ^^

※ 사진은 모두 NASA의 허블망원경으로 촬영한 것으로 NASA 홈페이지에 공개된 것들이다._M#]

글 쓴 날 : 2006.01.21

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