마젤란 성운 '아름다운 화환' 속에는 아기별이 있다

편집자주

오늘날 우주는 경외의 대상이 아니라 함께 즐길 수 있는 감상의 대상이다. 우주는 인간이 창조한 예술작품과 자연이 보여주는 놀라운 모습보다 더욱 아름답고 신기한 천체들로 가득하다. 여러분을 다양한 우주로 안내할 예정이다.

인간을 닮은 별의 윤회적 운명
남반구 하늘의 코끼리코 성운
우주는 별과 생명 가득한 공간

사진 1. 칠레에서 찍은 밤하늘 사진. 가운데 길게 구부러진 은하수가 가로로 누워있다. 왼쪽에 뿌연 성운처럼 보이는 천체 두 개는 큰 마젤란은하와 작은 마젤란은하이다. 남반구 하늘에서는 이 두 은하를 맨눈으로 쉽게 볼 수 있다. ESO/Y.Beletsky

별을 보면 영원히 변하지 않을 것처럼 보인다. 그래서 우리는 종종 별을 보며 영원을 약속하는 맹세를 하기도 한다. 그러나 별도 영원하지 않다. 별도 인간처럼 태어나고, 자라며, 마지막에는 노화와 죽음을 맞이한다. 그래서 별의 일생을 윤회로 표현하기도 한다. 별과 인간 사이에 가장 큰 차이점은 수명이 매우 많이 다르다는 것이다. 인간의 수명은 100년 정도이지만 별의 수명은 100만 년에서 100억 년이나 된다.

별은 가벼울수록 오래 살 수 있다. 태양은 현재 나이가 이미 46억 년인데 앞으로도 오래오래 살 것이다. 이렇게 수명이 짧은 인간이 별의 기나긴 윤회 과정을 알아내는 것은 불가능한 것처럼 보인다. 그러나 놀랍게도 실제로는 불가능하지 않다.

태양계 바깥의 우주에서는 태어나고 있는 별, 자라고 있는 별, 죽어가고 있는 별이 다양하게 존재한다. 망원경으로 이들을 관측하면 별의 윤회 과정을 자세히 알아낼 수 있다. 이런 별들을 품고 있는 은하는 남반구로 가면 맨눈으로 볼 수도 있다.

'사진 1'은 남미의 긴 나라 칠레에서 보는 밤하늘의 모습이다. 가운데 길게 가로로 누운 은하수가 먼저 시선을 사로잡는다. 은하수 오른쪽에는 유럽남방천문대 대형 망원경이 설치된 건물이 있다. 이 망원경은 반사거울 지름이 8m나 되며 유럽천문학자들은 망원경 이름을 누구나 이해하기 쉽게 지었다. 그래서 이 망원경 이름은 매우큰망원경(Very Large Telescope)이다.

은하수 왼쪽으로는 푸른색 성운처럼 뿌옇게 보이는 천체가 두 개 보인다. 이 중 아래쪽에 있는 것은 큰 마젤란은하이고, 위쪽에 보이는 것은 작은 마젤란은하이다. 이 은하들은 남반구를 여행하면 맨눈으로 쉽게 볼 수 있어 여행의 지표가 된다. 이 은하들은 맨눈으로 보면 작은 구름처럼 보이며 16세기 초반 세계일주 항해를 했던 마젤란의 이름을 따라 마젤란 구름으로 불린다. 실제로는 구름이 아니라 우리 은하 바깥에 멀리 떨어져 있는 은하이다.

사진 2. 작은 마젤란은하에 있는 젊은 성단을 허블망원경으로 찍은 사진. 성단 주위를 구불구불한 성운이 둘러싸고 있어 아름다운 화환처럼 보인다. 나사/ESA

'사진 2'는 작은 마젤란은하에 있는 젊은 성단을 허블망원경으로 찍은 모습이다. 이 성단까지의 거리는 20만 광년이다. 사진 가운데에는 밝게 빛나는 별 여러 개가 함께 있고, 그 주위에 좁쌀처럼 작은 별들이 많이 몰려 있다. 이 성단은 수백만 년 전에 태어났으며, 성단 중에서 가장 어린 성단에 속한다. 축구공처럼 둥글게 보이는 구상 성단은 나이가 100억 년이 넘는다. 이 성단의 주위를 구불구불한 성운이 둘러싸고 있어 아름다운 화환처럼 보인다.

사진 3. 작은 마젤란은하의 젊은 성단을 제임스웹망원경의 적외선카메라로 찍은 사진. 화환의 세밀한 구조까지 보인다. 화환의 안쪽에 코끼리코처럼 생긴 성운들이 성단을 향하고 있다. 이곳에서는 별이 태어나고 있다. ESA/Webb, 나사 & CSA, P. Zeidler, E. Sabbi, A. Nota, M. Zamani (ESA/Webb)

그런데 제임스웹망원경의 적외선카메라로 찍은 '사진 3'을 보면 화환은 더욱 화려하다. 허블망원경으로 볼 수 없었던 세밀한 구조까지 보인다. 특히 화환 안쪽에는 코끼리코처럼 생긴 성운들이 성단의 중심을 향하고 있어 매우 신기하다. 코끼리코 성운에서 뭉툭한 코 부분은 특히 더 밝게 보인다. 어린 성단에 있는 무거운 별은 온도가 수만 도나 되어 자외선을 매우 많이 방출한다. 코끼리코 성운의 모양은 이 자외선이 암흑성운을 깎아내면서 만들어진 것이다. 지구에서 암석 덩어리가 풍화와 침식을 통해 기괴한 모양을 갖게 되는 것과 비슷하다.

이 코끼리코 성운은 빛이 통과하기 어려운 성간먼지와 분자로 가득하며, 이곳에서는 새로운 별들이 태어나고 있어, 별의 요람 같은 곳이다. 일반 사진에서는 이렇게 태어나고 있는 별을 직접 볼 수가 없다. 그러나 적외선은 먼지를 잘 통과하므로 적외선 사진에서는 코끼리코 성운에서 태어나고 있는 별의 모습을 자세히 볼 수 있다. 태아도 직접 볼 수 없지만 초음파를 이용하여 태아의 모습을 찍을 수 있는 것과 비슷하다.

지구에서 오늘도 많은 새로운 생명이 태어나고 있듯이, 우주에서는 수많은 별이 태어나고 있다. 그리고 이미 자라고 있는 별들 가운데 태양과 비슷한 별에서는 지구와 같은 행성이 있을 것이고, 그곳에서는 새로운 생명이 태어나고 있을 것이다.

이명균 서울대 물리천문학부 명예교수