[더밸류뉴스=권소윤 기자]

지웅배 세종대학교(총장 엄종화) 자유전공학부 교수가 은하가 하나의 얼굴만을 지니는 것이 아니라, 이웃 은하의 성질에 따라 전혀 다른 두 가지 ‘진화의 얼굴’을 가질 수 있음을 밝혀냈다.

세종대는 지웅배 교수가 은하 중심의 막대 구조(bar)가 은하 진화에 미치는 영향이 이웃 은하의 성질에 따라 정반대로 달라질 수 있음을 규명했다고 19일 밝혔다. 은하가 하나의 진화 경로만을 따르지 않으며, 주변 환경에 따라 서로 다른 면모를 가질 수 있다는 점을 실증적으로 제시했다.

은하 중심 막대 구조의 길이와 각 은하의 별 형성율 촉진·감소를 비교한 그래프. 가장 오른쪽 그래프에서는 이웃 은하의 별 형성율이 높을 때(파란색)와 낮을 때(빨간색) 상반된 관계를 보인다. 이웃 은하의 별 형성율이 높을 때는 중심 은하에서 막대 구조가 길어질 수록 별 형성율이 증가하는 반면, 이웃 은하의 별 형성율이 낮을 때는 오히려 막대 구조가 길어질 수록 중심 은하의 별 형성율이 감소한다. [자료=세종대]우주에는 중력적으로 묶여 상호작용하는 ‘은하쌍(galaxy pair)’이 다수 존재한다. 이러한 은하쌍은 궁극적으로 병합·충돌 단계에 이르며, 일반적으로 고립 은하보다 높은 별 형성률을 보이는 것으로 알려져 있다. 그러나 은하의 별 형성 진화는 외부 상호작용뿐 아니라, 은하 내부 구조 변화 역시 중요한 변수로 작용한다.

대표적인 내부 구조가 은하 중심의 막대 구조다. 막대는 은하 중심부의 중력 퍼텐셜 변화로 형성되며, 원반 외곽의 가스를 중심으로 효율적으로 끌어들이는 통로 역할을 한다. 이를 통해 중심부의 별 형성을 촉진할 수 있다는 관측 결과가 있는 반면, 가스를 빠르게 소모해 별 형성을 오히려 억제한다는 상반된 연구도 보고돼 왔다. 이로 인해 막대 구조의 역할을 둘러싼 논쟁은 장기간 이어져 왔다.

이번 연구는 이러한 상반된 결과의 원인을 이웃 은하의 특성에서 찾았다. 연구진은 DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument) 국제 관측 프로젝트 자료를 활용해, 중심에 막대 구조를 가진 은하쌍 약 4천 개를 선별했다. 이후 이웃 은하의 별 형성률을 기준으로 은하쌍을 분류하고, 막대 구조와 중심 은하의 별 형성률 사이의 관계를 정밀 분석했다.

분석 결과, 막대 구조의 효과는 이웃 은하의 상태에 따라 극명하게 갈렸다. 이웃 은하가 가스를 풍부하게 보유하고 높은 별 형성률을 보이는 경우, 중심 은하는 막대가 길고 강할수록 별 형성률이 증가했다. 이는 막대 구조가 이웃 은하로부터 유입되는 가스를 효과적으로 중심부로 전달해 별 형성을 증폭시키는 역할을 한다는 해석과 일치한다.

반면, 이웃 은하가 가스가 부족하고 별 형성률이 낮은 경우에는 정반대의 경향이 나타났다. 이 환경에서는 막대 구조가 길수록 중심 은하의 별 형성률이 감소했다. 추가적인 가스 공급이 없는 상황에서 막대가 내부 가스를 빠르게 소진시키며 별 형성을 억제하는 기제로 작동한 것이다.

이번 결과는 은하 중심 막대 구조가 별 형성을 촉진하는지, 억제하는지에 대해 선행 연구들이 일관된 결론을 내리지 못했던 이유를 설명한다. 막대 구조는 본질적으로 두 가지 가능성을 동시에 지니며, 실제 진화 방향은 은하 내부가 아니라 상호작용하는 이웃 은하의 성질에 의해 결정된다는 점이 핵심이다.

연구를 이끈 지웅배 교수는 “마치 은하 버전의 ‘슈뢰딩거의 고양이’를 보는 듯한 결과다. 은하 중심 막대 구조가 은하 진화에 어떤 방향으로 작용할지에 대해 두 가지 가능성이 모두 공존하지만, 실제로는 이웃 은하의 성질이 그 진화의 결과를 결정짓는 모습을 보이기 때문이다”라고 설명했다.

이번 연구 결과는 미국천체물리학회지 Astrophysical Journal 12월호에 게재됐다.

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