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  • 은하의 구조(1) _ 우리은하의 나선팔 [천문 워크샵]
  • 김경싟
    조회 수: 12706, 2012-04-06 14:16:12(2012-03-03)
  •  

     

    은하의 구조에 대해서 두번에 걸쳐서 이야기를 해보고자 합니다.

     

     

    첫번째는 우리은하 나선팔의 구조에 대한 것이고,

    두번째는 은하 구조 자체에 대한 것과 그에 따라 관측시에 나타나는 모습에 대한 것입니다.

     

    오늘은 그 첫번째에 대한 이야기입니다.

    전에 DSW(Deep Sky Wonders) 발표시에 발표한 내용의 일부분이기도 합니다.

     

     

     

    우리은하의 구조에 대해서는 NASA의 스피처 적외선 우주망원경이 큰 역할을 했습니다.

     

     

    우선, 우리은하의 Type을 바꿨습니다.

     

    그동안 우리은하는 안드로메다은하와 같은 정상나선은하로 생각되었으나,

    2005년 스피처 적외선 우주망원경을 통해 지름 27,000광년(막대 길이만) 길이의 막대 구조를 가진 막대나선은하로 밝혀졌습니다.

     

     

    다음으로는, 나선팔의 구성의 확인입니다.

     

    지난 수십년간 우리은하는 크게는 4개의 나선팔로 구성되어 있다고 생각해 왔습니다.

     

    직각자자리 팔 (Norma Arm)

    방패-센타우루스자리 팔 (Scutum-Centaurus Arm)

    궁수자리 팔 (Sagittarius Arm)

    페르세우스자리 팔 (Perseus Arm)

     

    그외 궁수자리 팔과 페르세우스자리 팔 사이에 태양이 위치한 오리온자리 팔과 같은 조그마한 나선팔들도 있었습니다.

     

     

    그런데 2008년 스피처 적외선 우주망원경을 통해 main 나선팔은 2개 뿐인 것으로 확인되었습니다.

    물론 main 팔 이외에 마이너 팔들도 있기는 하지만,

    중심부의 막대에서 뻗어나오는 2개의 팔로 구성된 막대나선은하입니다.

     

    2개의 main 나선팔은,

    방패-센타우루스자리 팔 (Scutum-Centaurus Arm)과 페르세우스자리 팔 (Perseus Arm) 입니다.

      

    ourgalaxy_1.jpg

     (사진출처:  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/236084main_MilkyWay-full-annotated.jpg)

     

     

    그 외에 마이너 팔로

    궁수자리 팔 (Sagittarius Arm)과 직각자자리 팔 (Norma Arm)이 있고,

    중심부 주위에 3 킬로파섹 팔 (3 kpc Arm) 이 있습니다.

     

    3 킬로파섹 팔은 은하 중심에서 태양에 가까운 Near 3 kpc Arm(그냥 3 kpc Arm이라고도 함)과 은하 중심 반대편의 Far 3 kpc Arm으로 나뉩니다.

    또한 페르세우스자리 팔 바깥으로도 새로운 나선 팔(Outer Arm)의 존재가 확인되었으나,

    대부분 가스와 먼지로 구성되어 있고 별은 드믄 것으로 추정되어 아직 공식적인 나선팔로 인정받지는 못했다고 합니다.

     

     

    나선팔이 좀더 명확하게 그려진 그림을 보겠습니다. 

     

    ourgalaxy_4.jpg

     

     

    태양은 나선팔의 확인과 관계없이 기존과 같이

    페르세우스자리 팔과 궁수자리 팔 사이에 있는 오리온자리 팔에 위치해 있습니다.

     

    오리온자리 팔은 다양한 이름으로 불리웁니다.

     

    Orion Arm

    Orion-Cygnus Arm

    Local Arm

    Local Spur Arm

    Orion Spur Arm

     

    모두 똑같은 말입니다.

     

    Spur라는 말은 '돌기', '돌출부'라는 뜻입니다.

    오리온자리 팔이 페르세우스자리 팔에서 갈라져 나왔다는 의미에서 Spur이라는 단어가 들어갑니다.

    그러나  아직 확정적인 것은 아니라고도 합니다.

     

     

    이렇듯 이름이 다양하게 쓰이는 것은 다른 팔도 마찬가지입니다.

    이는 나선팔이 끊기거나 연결되고, 보이는 방향의 별자리 등이 감안된 것에 기인합니다.

     

    직각자자리 팔이 직각자자리-백조자리 팔 (Norma-Cynus Arm)로 표기되기도 합니다.

    과거 나선팔 구조에서 백조자리 팔은 페르세우스자리 팔 바깥에 있었습니다.

    지금의 구조는 그냥 Outer Arm이지만,

    직각자자리 팔에서 연결되기 때문에 직각자자리-백조자리 팔로 불리우는 것 같습니다.

     

    또한 방패-센타우루스자리 팔 (Scutum-Centaurus Arm)이 방패-남십자자리 팔(Scutum-Crux Arm),

    궁수자리 팔 (Sagittarius Arm)이 궁수자리-용골자리 팔(Sagittarius-Carina Arm)로 표기되기도 합니다.

     

    두개의 별자리가 들어갈 경우, 앞뒤를 서로 바꿔 쓰기도 합니다.

     

     

     

    이런 것을 종합적으로 반영한 다른 그림을 하나 더 보겠습니다.

    (원래에서 위-아래를 뒤집었습니다. 다른 그림과 같은 방향으로 보기 위해서)

      

    ourgalaxy_2.jpg

     (사진 출처: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/Milky_Way_Arms.svg)

     

    ourgalaxy_7.jpg

     

     

    페르세우스자리 팔 (Perseus Arm) 은 우리은하의 주 나선팔(major spiral arm) 2개 중 하나입니다.

    은하 중심 막대의 3 kpc 팔이 이 팔의 시작인 것으로 생각되어 색깔이 같게 표시되어 있습니다.

     

    방패 - 센타우루스자리 팔 또는 방패 - 남십자자리 팔 (Scutum - Centaurus Arm or Scutum-Crux Arm)은

    페르세우스자리 팔과 더불어 우리은하의 양대 주 나선팔입니다.

    이 팔의 일부는 은하 중심부가 가리는 사각지대라 점선으로 표시되어 있습니다.

     

    직각자자리 팔 또는 직각자자리 - 백조자리 팔 (Norma Arm or Norma - Cygnus Arm)은

    과거 우리 은하의 4대 팔 가운데 하나였지만 지금은 마이너 팔로 분류됩니다.

    이 나선팔은 은하 중심에 의해 가운데가 사각지대에 들어가 있으며 아마도 길게 퍼져서 외각 팔 (Outer Arm) 까지 연결되는 듯 합니다.

     

    궁수자리 팔 또는 궁수 - 용골자리 팔 (Sagittarius Arm or Sagittarius - Carina Arm)은

    과거 4개의 주요 팔이었으나 지금은 마이너 팔로 분류됩니다.

     

     

    궁수자리 팔과 페르세우스자리 팔 사이의 태양이 위치한 오리온자리 팔이 존재합니다.

    오리온자리 팔 (Orion Arm)은 위의 4개 나선 팔이 은하의 4대 나선 팔로 인정받을 때도 마이너 나선 팔에 속했습니다.

    길이는 약 10,000 광년 정도에 폭은 3,500 광년 정도

     

    기타 새로운 외각 팔 (New Outer Arm)은 존재는 확인되었으나,

    앞에서 설명했듯이 주로 가스와 먼지로 구성되고 별은 별로 없어 공식적은 나선 팔로 인정받지는 못했습니다.

     

     

     

    태양은 은하 중심에서 거리는 약 26,000 ± 1,400 광년이며, 수직 방향으로는 은하 기준평면으로부터 약 60~70광년 정도 위에 위치해 있다고 합니다.

    페르세우스자리 팔 안 쪽으로 6,500광년 떨어진 오리온자리 팔의 은하 중심 방향으로 가장자리에 위치해 있으며

    과거부터 오리온팔과 나선 팔 공간 사이를 주기적으로 왕복하고 있습니다.

     

    태양은 최근 몇 백만년 전에 현재의 "Local Bubble"(성간가스의 밀도가 다른 지역에 비해 희박한 지역으로

    위로는 나선 팔을 넘어 헤일로까지 뻗어 있는 길다란 굴뚝 모양의 거품 구조 공간)이라는 과거의 쌍둥이자리 초신성 폭발 잔해 영역으로 진입하였으며,

    현재 "Local Bubble"의 경계면에서 근처의 전갈-센타우루스 자리 OB성협(산개성단보다 느슨하게 모인 별의 집단)의

    젊은 별들이 뿜어내는 강한 항성풍을 뚫고 나선 팔을 따라 공전하고 있습니다.

    (요즘은 위키백과에 너무 자료가 잘 되어 있습니다^^)

     

     

    우리가 밤하늘에서 관측하는 대상들의 위치를 보면

    나선팔과 우리은하 내에서의 태양의 상대적 위치를 대략적으로 가늠해볼 수 있습니다.

     

     

    우리은하의 중심방향은 궁수자리에 있는데 이를 0도로 보면

    90도 해당하는 부분에는 백조자리가

    은하중심의 반대방향인 180도에는 황소자리가

    270도 방향에는 큰개자리가 있습니다.

     

     

    ourgalaxy_5.jpg

     (사진 출처: http://www.anzwers.org/free/universe/)

     

     

    석호성운, 삼렬성운 등 궁수자리에 있는 대상은 은하의 중심방향(0도)에 있는 궁수자리 팔에 위치해 있고,

    베일성운, 코쿤성운 등 백조자리 대상은 90도 방향의 오리온자리 팔에,

    황소자리의 게성운, 마차부자리의 산개성단들, 외뿔소자리의 장미성운 등은 은하중심 반대방향(180도)의 페르세우스자리 팔에 있으며,

    큰개자리의 M41은 270도 방향의 오리온자리 팔에 있습니다.

     

     

    이는 단순히 위에서 바라본 모습이지만,

    옆에서 바라본다고 하면 몇개의 나선팔을 쭉 훑고 있는 것입니다.

    이는 결국 은하수를 보는 것이지요.

     

    그러나 나선팔 옆면을 보는 것이 아니라

    고개를 들어 위, 아래로 본다고 하면 얇은 나선팔(Disk)을 뚫고 우주 멀리는 보는 것과 같습니다.

     

    밤하늘에 천구의 북극에 북극성(Polaris)이 있듯이,

    은하 나선팔에서 수직으로 위-아래로는 은하의 극(galactic pole)이 있습니다.

     

    우리가 머리털자리 주위(머리털자리, 큰곰자리, 처녀자리, 사냥개자리, 사자자리 등)에서 수많은 은하들을 볼 수 있었던 것은

    머리털자리에 은하의 북극 north galactic pole(south galactic pole은 조각실자리에 있음)이 위치해 있기 때문입니다.

    즉, 얇은 나선팔을 뚫고 우주를 보기 때문에 은하밭에서 은하를 줍는 것이지요.

     

     

     

    지금까지 우리은하의 구조(나선팔)를 봤습니다만, 우리은하와 똑 닮은 은하가 있다고 하여 소개합니다.

     

    공작자리의 ngc6744

    Caldwell 목록 101번 이기도 합니다.

     

    ngc6744_2.jpg

    (사진 출처:  http://www.eso.org/public/images/eso1118a/)

     

     

    거리는 3,000만 광년 떨어져 있고, 크기는 우리은하의 2배 정도

     

    나선팔의 모습과 중심으로부터 뻗어나간 별들의 범위 등 우리은하와 매우 유사하여

    '우리 은하계 쌍둥이' 또는 '클론'이라는 별명으로 불리운다고 합니다.

     

    특히나 놀라운 것은 우리은하의 동반은하인 마젤란은하와 같이  동반은하 (ngc6744A, 사진 오른쪽 아래)까지 있다는 점입니다.

     

     

     

    나선팔의 구조는 2008년에 새로 밝혀진 것입니다만,

    사실 제가 과거 버전으로만 알고 있다가 최근 DSW를 공부하면서 알게 되었습니다.

    헷갈리는 부분이 있어서 정리해본 것이며,

    혹시 틀린 점이 있으면 지적해주시기 바랍니다.

     

     

    kimks_small.jpg

댓글 4

  • Profile

    김원준

    2012.03.03 23:32

    항상 궁금했던 점이었는데 정말 좋은 자료 감사합니다!
  • 김병수

    2012.03.04 22:03

    정독하였습니다.
    좋은 자료 감사드립니다.
    계속 연재 바랍니다.
  • 정기양

    2012.03.06 07:22

    항상 좋은 온라인 강의 감사합니다.
    현장 지도도 받아야 하는데...
  • 조강욱

    2012.03.07 20:38

    공작자리의 그 은하..
    진짜 공작같이 생겼는데요? ㅎㅎㅎ
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