4개의 구상성단으로 이뤄진 것으로 추정되는 암흑은하 CDG-2(오른쪽 붉은 원 안). 왼쪽은 허블우주망원경으로 찍은 페르세우스 은하단 사진이다. 미국항공우주국 제공


우주를 구성하는 은하에는 우리가 아는 일반 물질보다 우리 눈에 보이지 않는 미지의 암흑 물질이 5배 이상 더 많다. 암흑 물질은 우주 전체 에너지 밀도의 약 27%, 물질의 약 85%를 차지한다. 현재 우주론에 따르면 우리 은하를 구성하는 물질의 90%도 암흑 물질이다. 하지만 더러는 암흑 물질 비중이 훨씬 더 높은 은하도 있다.
이런 은하들은 다른 은하들보다 더 바다이야기프로그램 어두운데다 별들도 듬성듬성 있어 찾아내기가 훨씬 어렵다. 아직 정확한 실체가 드러나지 않은 암흑물질은 빛을 내뿜지도, 반사하지도, 흡수하지도 않기 때문이다.
캐나다 토론토대가 주축이 된 국제연구진이 허블우주망원경을 이용해 2억4500만광년 거리에서 역대 가장 어두운 암흑은하 CDG-2(Candidate Dark Galaxy-2)를 발견해 바다이야기사이트 국제학술지 ‘천체물리학저널’에 발표했다. 연구진은 이 암흑은하는 질량의 99.9% 이상이 암흑물질로 이뤄져 있는 것으로 보인다고 밝혔다.
연구진은 기존 관측 데이터에서 표면 밝기가 낮은 은하 10개와 암흑은하 후보 2개를 발견하고, 이 은하들이 있을 법한 구상성단을 탐색했다. 구상성단은 은하 중심을 공전하는 작은 공 모양 별무리다.
백경게임암흑은하를 찾을 때 구상성단을 좌표로 삼는 이유는 구상성단은 중력의 힘으로 별들이 서로 강하게 결속돼 있기 때문이다. 관측 결과 구상성단이 특정 지점을 중심으로 빠르게 회전하고 있다면 보이지 않는 거대한 질량, 즉 암흑은하가 있다는 증거가 된다.




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연구진은 허블우주망원경, 유클리드우주망원경, 지상 천체망원경인 스바루망원경을 이용해 은하 후보들을 살펴본 결과, 허블망원경 관측 사진에 포착된 2억4500만광년 거리의 페르세우스 은하단에서 4개의 구상성단이 밀집해 있는 모습을 찾아냈다. 연구진은 후속 관측을 통해 이 성단 주변을 감싸 바다이야기2 고 있는 희미하게 퍼진 빛 띠를 발견했다. 연구진은 “이는 그 아래에 은하가 실재한다는 증거”라며 “구상성단만으로 암흑은하를 발견한 건 처음”이라고 밝혔다. 연구진은 이 암흑은하는 이 4개 구상성단만으로 이뤄져 있을 수도 있다고 덧붙였다.
연구진의 잠정 분석에 따르면 이 암흑은하는 약 600만개의 태양과 비슷한 밝기를 갖고 있다. 암흑은하에서 구상성단은 눈에 보이는 구성 요소의 16%를 차지한다. 연구진은 별을 만드는 주재료인 수소 가스를 포함한 일반 물질의 상당 부분은 다른 은하와의 중력 상호작용으로 인해 떨어져 나간 것으로 추정했다. 연구진 계산에 따르면 이 은하의 질량에서 암흑물질이 차지하는 비중은 최소 99.94%에서 최대 99.99%다. 이는 지금까지 발견한 은하 중 암흑물질 비율이 가장 높은 것이다.
연구진은 “구상성단은 별들이 워낙 단단하게 뭉쳐 있어서 주변에 있는 다른 은하의 중력을 더 잘 견뎌내기 때문에 이처럼 유령 같은 은하들의 위치를 추적하는 데 신뢰할 만한 지표가 된다”고 밝혔다.
*논문 정보
Candidate Dark Galaxy-2: Validation and Analysis of an Almost Dark Galaxy in the Perseus Cluster.
DOI 10.3847/2041-8213/adddab
곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr