오늘은 은하의 분류에 대해서 이야기 해보고자 합니다.

 

1. 우리은하의 나선팔 구조

2. 은하의 구조: bulge, disk, halo 對 nucleus, core, halo

3. 은하의 분류

 

 

궁금한 것 위주로 하다보니까 은하에 대해 체계적으로 정리가 되지는 않은 것 같습니다.

다음에 기회가 있을거라 믿으며...

 

오늘 이야기의 Key는 NSOG(The Night Sky Observer’s Guide)에 소개된 de Vaucouleurs(드 보클레르) 은하 분류법을 알아보는 것입니다.

 

NSOG를 보다보면 은하 대상에

SB(rs)c III-IV

SAB0°

SB(r)0°? sp

SA(s)ab II

와 같은 수수께끼의 문자들이 붙어 있습니다.

은하 분류 기준이라는 것은 알겠지만, 정확히 무슨 의미인지는 모르고 지나갔습니다.

 

물론 몰라도 됩니다.

그러나 ‘하지 않는 것’과 ‘하지 못하는 것’과는 큰 차이가 있듯이

알고 있으면서 쓰지 않는 것과 모르고 있는 것과는 분명 차이가 있습니다.

 

 

들어가기 전에 먼저 은하 분류의 기준이 되는 Hubble 은하 분류에 대해 알아보고 가겠습니다.

 

 

 

 

1926년 Hubble은 외부 은하들을 규칙적 은하와 불규칙 은하로 나누고

규칙적 은하들을 타원은하(E), 정상나선은하(S), 그리고 막대나선은하(SB)로 나눈 은하 분류법을 발표하였습니다.

 

그리고 1936년에는 타원은하와 나선은하 사이에 렌즈형은하(S0)를 넣은 ‘소리굽쇠형 은하 분류 체계’(위 사진)를 완성합니다.

 

타원은하 (Elliptical Galaxy; E)

 

타원은하는 겉보기 모습이 얼마나 둥글고 편평한가에 따라 E0부터 E7까지 분류합니다.

기호로 En이라고 표시하는데,

n은 n=10(1-b/a)라는 식으로 구해집니다.

여기서 a는 장반경, b는 단반경을 말합니다.

 

유의할 점은,

 

1) n은 일반적으로 가장 가까운 정수의 근사치를 사용합니다.

 

2) E0~E7의 분류는 타원은하의 시선방향에 의존합니다.

    즉, 그 은하가 보이는 방향에 따라 다르게 보인다는 의미입니다.

    타원은하의 실제 모습은 3차원 모양이지만, 우리에게 관측이 될 때는 하늘 평면에 투영된 2차원의 모습으로 보이기 때문입니다.

 

    예를 들어, E0 타원은하는 원형으로 분류되지만,

    실제 구형일 수도 있으나 위에서 내려다 보기 때문에 둥근 원반(옆에서 보면 E5로 보일 수도 있는)으로 보여 E0로 분류될 수도 있는 것입니다.

 

 

Hubble 이후에 타원은하도 세분화됩니다.

이는 뒤에 de Vaucouleurs(드 보클레르) 은하 분류법과 연관되기 때문에 미리 알아보겠습니다.

 

➊ 초거대 타원은하: cD은하

     은하단의 중심부에서만 관측되는 우주에서 가장 크고 밝은 초거대 타원은하

 

➋ 일반 타원은하: 거대 타원은하(gE), 중간밝기 타원은하(E), 조밀한 타원은하(cE)로 나뉨

 

➌ 왜소 타원은하: dE (dwarf Elliptical galaxy)

 

➍ 왜소 구형은하: dSph (dwarf spheroidal galaxy)

     매우 낮은 표면밝기를 가지고 현재까지는 우리은하 근처에서만 관측

     왜소 타원은하의 가장 어두은 경우에 해당됨.

 

➎ 청색 왜소은하: BCD (blue compact dwarf)

     아주 작은 타원은하 중 비정상적으로 푸른색을 띠는 은하로,

     일반적인 타원은하와는 달리 은하 내에서 별 형성이 이루어지고 있음.

 

 

렌즈형은하 (Lenticular Galaxy; S0 or SB0)

 

타원은하와 나선은하 중간에 위치한 렌즈형 은하는,

성간 물질이 거의 없고 나선 구조를 보이지 않는다는 점에서 타원은하와 유사하고

구형의 중앙 팽대부 뿐만 아니라 얇은 원반을 가진다는 점에서 나선은하와 유사합니다.

 

옆면에서 보면

타원은하 E7보다 더 편평하고, 또 원반을 가지고 있기 때문에 타원은하와 쉽게 구분되지만,

Sa형 은하와는 구분이 쉽지 않습니다.

 

정면에서 보면

분명한 나선팔을 가진 Sa형 은하와는 상대적으로 쉽게 구별되지만,

나선팔을 가지지 않는 E0 타원은하와는 구분하기 어렵습니다.

 

 

 

나선은하 (Spiral Galaxy; Sa~Sc, SBa~SBc)

 

정상나선은하(spiral; S)와 막대나선은하(barred spiral; SB)로 나뉩니다.

 

나선은하는 타원은하와 밝기 구조가 비슷한 중앙 팽대부(bulge)와 나선팔을 가진 원반(disk), 그리고 그걸 둘러싼 헤일로(halo)로 구성됩니다.

 

정상나선은하와 막대나선은하는

중앙 팽대부와 원반의 상대적인 밝기 정도에 따라,

나선팔이 감긴 정도에 따라

나선팔이 별과 방출 성운(H-II 영역)을 분해되는 정도에 따라

a, b, c로 나뉩니다.

 

이를 기준으로

Sa(SBa)는 큰 팽대부와 핵 주위를 단단히 감고 있는 매끈한 팔을 가졌고,

Sc(SBc)는 작은 팽대부와 느슨하게 풀린 나선팔이 있으며 별의 집단이 잘 분해 됩니다.

즉, a→c로로 갈수록 더 작은 중앙 팽대부, 더 좁고 더 열린 나선팔의 패턴을 가지고 있습니다.

 

Hubble은 또한 a형(Sa, SBa)을 early(조기형), c형을 late(만기형)으로 불렀는데,

이는 a→c로의 진화를 염두에 둔 듯 합니다.

그러나 실제로는 Sc형에서 젊은 별들의 비율이 증가하는 것으로 봐서

그런 구분은 의미 없습니다.

 

 

불규칙은하 (Irregular Galaxy; Irr or I)

 

불규칙은하도 2가지로 나뉩니다.

 

미세한 규칙적인 특징이 있는 경우, 즉 나선팔과 같은 구조가 보일 때는 Irr I (대마젤란은하)

전혀 아무런 규칙성이 없을 경우 Irr II (M82)로 표기합니다.

 

....................................................................................................................................................................................

 

 

많이 접했던, 익히 알고 있는 내용일 겁니다.

그럼, 오늘의 이야기로 본격 들어가 보도록 하겠습니다.

 

파리에서 태어나 미국 텍사스 대학에서 근무한 de Vaucouleurs (드 보클레르)는,

Hubble의 은하 분류가 지나치게 단순(특히 나선은하)하다고 생각하여

3,811개의 은하들에 대한 사진관측 자료로부터 분류 체계를 확장시켰습니다.

 

주요 내용은 이렇습니다.

 

1) 정상나선은하와 막대나선은하 중간에 해당하는 것은 AB로 표시

 

2) a, b, c 뒤에 c 보다 팔이 더 풀린 d와 마젤란 은하처럼 나선이 비대칭적이며 불규칙적인 것을 m으로 표시

 

3) 렌즈형은하와 나선은하에서 고리와 나선 모양을 구분하기 위해,

     고리 모양일 때는 (r)

     나선이나 S자 모양일 때는 (s)

     중간적인 것은 (rs)로 표시

 

4) Irr I의 불규칙 은하들은 Sd, Sm으로 세분

 

 

이를 종합적으로 반영하여 NSOG에 나오는 de Vaucouleurs (드 보클레르)의 은하 분류법은 아래와 같습니다.

 

 

 

 

 

사실 너무 복잡합니다.

내가 왜 이런걸 봐가지고 이 고생을 하는가! 라는 생각이 들면서,

그냥 눈,귀 막고 원래의 Hubble 분류법으로 돌아가고 싶습니다.

 

그래도...

앞에서 이야기했듯이 알고 무시하는 것이 좋을 것 같아 들어가 봅니다.

 

 

먼저, 타원은하

 

    

 

타원은하의 분류 중에서

초거대 타원은하(cD)와 조밀한 타원은하(cE)는 별도로 분류됩니다.

주의할 점은 cD은하는 E+로 표기됩니다.

 

나머지는 편평도에 따라 E0 ~ E6로 나뉩니다.

(왜? E7이 빠졌는지는 확인을 못했습니다)

 

E0-1은 중간단계를 의미합니다.

즉, E0-1은 E0와 E1의 중간을 나타냅니다.

1과 2의 중간은 E1-2로, 4와 5의 중간은 E4-5 등으로 표기됩니다.

 

 

표에서 가장 고민되었던 것이 ‘T’ 항목입니다.

NSOG에는 「The “T” column gives the so-called Hubble stage for the various galaxy types」 로 설명되어 있습니다.

읽어봐도 정확한 의미를 파악하기는 어렵네요.

 

위의 전체 표를 보면

타원은하에서 –6, -5, -4 렌즈형은하에서 –3, -2, -1 나선은하에서 0, 1, 2 ...9 등으로 숫자가 증가해 갑니다.

따라서 생각건대,

Hubble이 생각한 은하의 진화단계(물론, 정확한 의미에서는 틀리지만)를 나타낸 것이 아닌가 싶습니다.

 

 

다음은, 렌즈형 은하입니다.

 

    

 

렌즈형 은하는 S0로 표기되는데,

막대 bar 가 없는 경우는 SA0

막대가 있는 경우는 SB0

중간에 해당되는 것은 SAB0로 분류했습니다.

 

여기에 Inner ring이 있으면 (r)을 표기하고, ring이 없는 S-shaped이면 (s), 중간적인 것은 (rs)로 표기합니다.

 

또한 -, °, +로 분류도 되는데,

S0-는 E7과 유사하고, S0+는 Sa와 유사합니다.

 

실제 표기될 때는

SA0, SB0, SAB0 그 자체로도 사용되고

SA0, SB0, SAB0에 (r), (s), (rs)나 -, °, +가 붙어서 사용됩니다.

 

 

이번엔, 가장 많고 복잡한 나선은하입니다.

 

 

 

렌즈형 은하와 마찬가지로,

막대가 없는 경우는 SA, 막대가 있는 경우는 SB, 중간에 해당되는 것은 SAB입니다.

(r), (s), (rs)도 동일합니다.

 

0/a, a, ab, b, bc, c, cd, d, dm, m은 나선팔의 분류입니다.

 

기본적으로는 a, b, c, d, m 이고,

중간단계로 a와 b 사이의 ab, b와 c 사이의 bc, c와 d 사이의 cd, d와 m 사이의 dm이 있습니다.

0/a는 렌즈형 은하 S0와 나선은하 Sa의 중간단계입니다.

 

실제 표기될 때는,

SA, SB, SAB에 (r), (s), (rs)와 0/a, a, ab, b, bc, c, cd, d, dm, m이 추가되어 사용됩니다.

 

그러나,

세부 분류가 명확하지 않은 경우, 그냥 Sa, Sbc 등으로 사용되기도 합니다.

은하가 워낙 많아 분류하기가 쉽지 않고 너무 멀리 있는 경우 제대로 분류가 되지 않기 때문입니다.

 

 

불규칙은하와 특이은하는, 위의 타원/렌즈형/나선은하의 분류를 참조하시면 이해가 되실 겁니다.

(전체적인 표 참조)

 

 

마지막으로, 공통으로 적용되는 기호입니다.

 

 

 

: 표시는 불확실

?는 그런 것 같은데 의심스러울 때

방추형일 때는 sp

Inner ring은 위에서 (r)이라고 했는데, Outer ring은 (R)

Pseudo outer ring은 가짜의 outer ring을 말하며 (R’)로 표기합니다.

 

:와 ?가 있다는 것은 그만큼 분류가 어렵다는 것을 반증하는 것일 겁니다.

 

 

 

그런데, NSOG에서 은하를 분류할 때는 de Vaucouleurs (드 보클레르) 분류법에

나선은하에는 DDO 분류법을 추가하여 사용하고 있습니다.

 

DDO 은하 분류법은,

van den Bergh가 만든 일명 ‘삼지창 형태 분류법’으로

은하 분류 작업을 하였던 David Dunlap Observatory를 따서 DDO 분류법이라고 합니다.

 

DDO 분류법 중 나선팔의 길이와 표면밝기의 대소를 기준으로 광도 등급을 I~V

5등급으로 나눴는데

이것을 de Vaucouleurs (드 보클레르) 분류법에 추가한 것이지요.

 

 

 

 

 

자! 그럼, de Vaucouleurs (드 보클레르) 분류법과 DDO 분류법을 결합한 NSOG에서의 은하 분류를

실제 대상으로 예시를 들어 설명해 보겠습니다.

 

 

M31: SA(s)b 

SAb형인데, 나선/S자 형태를 가지고 있다

 

M101: SAB(rs)cd I  

정상나선과 막대나선의 중간형태이고, Inner ring과 S-shaped의 혼합형태이며,

나선팔이 cd 단계에 있다. DDO 분류상 I로 나선팔이 잘 발달되어 있음을 알 수 있다

 

ngc4900: SB(rs)c III-IV  

막대나선은하이고, Inner ring과 S-shaped의 혼합형태이며, 나선팔이 c 단계에 있다.

DDO 분류상 III와 IV의 중간 형태이다

 

ngc4786: SAB0° 

렌즈형은하로, Non-barred와 barred의 중간단계이며, 조기형으로 타원은하인 E7과 유사하다

 

ngc4765: S0/a? 

렌즈형은하와 Sa의 중간형태이나, 긴가민가 의심스럽다

 

ngc4700: SB?(s?)m: sp III 

막대나선은하인지 의심스럽고, S-shaped인지도 의심스럽다

나선팔은 마젤란은하 형태이나 불확실하고 방추형이며, DDO 분류상 III 단계이다

 

ngc4742: SA?(r:)0° sp 

렌즈형은하의 SA형인데 의심스럽고, Inner-ring이 있는지는 불확실하다. 방추형의 모양을 하고 있다

 

ngc4753: I0: pec 

불규칙은하이고 마젤란은하 형태가 아니나 불확실하다.  특이은하이다

 

ngc5534: (R:)SA:(s:)a: pec 

가짜 Outer ring이 있으나 불확실하고, SA형태이나 이것도 불확실

S-shaped 형태인 듯 하나 불확실하고, 나선팔도 a형이나 이것마저 불확실하다

한가지 확실한 것은 특이은하라는 것이다]

 

ngc5846(E1) + ngc5846A(cE1)

둘다 타원은하인데,

ngc5846은 중간밝기 타원은하 중에 편평도는 E1이며

ngc5846A는 조밀한 타원은하(cE)이고, 편평도는 5846과 마찬가지로 E1 단계이다.

 

Abell 1656 중심부 ngc4874: E+0 , ngc4889: E+4

둘다 초거대 타원은하(cD)이며, 그중 ngc4874는 원형에 가깝고, ngc4889는 E4 정도의 편평도를 가지고 있다.

 

 

 

어찌 암호가 좀 해석이 되셨는지요?

수고하셨습니다.

 

그러나 문제가 있습니다.

실제 안시관측에서 위와 같은 분류를 알아보기 어렵다는 점입니다.

우리의 뇌와 눈은 다시 처음으로 돌아가 Hubble 분류법으로 단순화 되버리는 것이지요.

그동안의 수고를 한줌 재로 날려버리는 것 같습니다.

 

그러나

비록 위의 분류법을 쓰지 않는다 하더라도

이제 우리는 ‘하지 못하는 것’이 아니라 ‘하지 않는 것’과 같이

내적으로는 당당함이 함께할 겁니다.

 

 

추가로,

 

위에 설명한 de Vaucouleurs (드 보클레르)와 van den Bergh의 DDO 분류법 이외에도

Sandage의 분류법

Morgan의 분류법(Yerkes 분류)

등 여러 은하 분류법 들이 있습니다.

 

이들은 모두 은하의 형태학적 분류법인데,

아직까지 Hubble 분류법의 체계를 크게 벗어나지 못하고 있습니다.

 

형태학적 분류는 사진 건판에 나타난 은하의 모양을 보고 눈으로 하나 하나 분류하는 방식으로

주로 Sandage, de Vaucouleurs, van den Bergh 같은 경험이 풍부한 은하 분류의 대가들이 분류한 것입니다.

 

문제는,

 

1) 몇 안되는 전문가들에 의존하기 때문에 시간이 많이 걸리고,

2) 사람의 경험에 의존하기 때문에 사람에 따라서 주관적이고 서로 다른 분류 결과가 나타날 수 있으며,

3) 가시광선 영역을 벗어난 여러 파장에서의 관측 결과가 쏟아져 나오면서

     어느 파장에서 은하를 분류해야 하는가 하는 문제가 생겼으며,

    (현재는 가시광선에 기초함)

4) 거리가 먼 은하의 경우 분류에 어려움이 있습니다.

 

따라서 현재

은하의 형태학적 분류를 자동화한다거나

전 파장에 걸친 정보를 토대로 은하를 분류하는 전 파장 Hubble 분류법의 도입 등으로

보완되고 있다고 합니다.

 

 

본 이야기를 풀어감에 있어,

NSOG(The Night Sky Observer’s Guide)를 기초로 하였고

기본 천문학(Σ시그마프레스), 우주의 외부은하(청범출판사), 외부은하(연세대학교 출판부) 등을 참고하였습니다.

 

내용이 틀리거나 보완할 점이 있으면 지적해주시면 감사하겠습니다.