은하, 은하군, 은하단 : 무수히 많은 별들 1

밤하늘에 우윳빛 띠처럼 보이는 은하수는 셀 수 없을 만큼 많은 별들로 이루어져 있다. 서양에서 은하수를 뜻하는 단어는 고대 그리스어 한 전설에서 비롯되었다. 이 전설에 따르면 태어날때부터 힘이 장사였던 아기 헤라클레스가 헤라 여신의 젖을 너무 세게 빤 나머지 젖이 뿜어져 나와 하늘에 전체로 뿌려졌고 그것이 은하수가 되었다고 한다. 현대 천문학과 천체물리학에서 사용하는 은하수라는 명칭은 우리가 속한 은하를 지칭한다. 우리 은하에는 태양을 비롯해서 약 1,000억개~2,000억 개의 별들이 있고 그 별들은 너비가 대략 10만 광년이나 된다. 이 은하 원반에는 대부분의 별들이 속해 있는 나선 팔이 있다. 이 별들은 2억 2,000만~2억 4,000만 년을 주기로 은하수의 중심을 따라서 회전하고 있다. 대부분 나선은하는 별의 밀도가 매우 높은 볼록한 중심부를 가지고 있다. 우리 태양은 나선 팔의 가장자리에 속해 있으며 은하수의 중심부에서 2만 5,000~2만 8,000광년 떨어져 있다. 여기서 이해를 돕기 위해 비유를 들어 설명하겠다. 당신이 지금 한 마리의 반딧불이 되어 원반 모양을 한 커다란 무리 속 한가운데를 날아가고 있다고 상상해보라. 모든 반딧불이 이 무리의 중앙을 중심으로 돌고 있다. 이제 당신이 무리의 바깥쪽에 있는 반딧불이 되어서 무리의 중앙 쪽으로 시선을 돌려본다고 가정한다면 그곳에서 많은 무리의 벌레를 볼 수 있을 것이고 무리의 위족이나 아래쪽에서는 적은 수의 벌레를 보게 될 것이다. 우리가 밤하늘에서 밝은 은하수를 볼 수 있는 것도 바로 이와 같은 원리다. 즉, 은하의 나선 팔 가장자리에 위치하고 있는 우리 은하에서는 은하수의 다른 곳을 바라볼 때보다 은하의 중앙을 향해 바라볼 때 많은 별들을 볼 수 있는 것이다. 

우리가 육안으로 볼 수 있는 모든 별들은 은하수에 속해 있는 별들이다. 우주에는 불투명한 가스와 먼지구름이 가득 차 있어서 몇천광년 떨어져 있는 가까운 영역의 별들만 볼 수 있는데, 실제로 은하수는 몇백 배나 더 직경이 크다. 별들과 별들 사이의 공간은 빈 공간이 아니다. 그곳에는 가스와 먼지로 이루어진, 이른바 성간운(성간구름)이라는 것이 있다. 이 성간운에는 별 전체에 있는 물질보다 10배 더 많은 물질이 있다. 이전에 비유했던 반딧불의 상황으로 다시 돌아가 보자. 이제 원반 모양의 무리 속에서 짙은 연기가 나고 있다고 가정하자. 그 짙은 연기가 무리를 덮고 있기 때문에 무리 속 대부분 벌레들을 볼수 없게 된다. 여기서 비유한 짙은 연기에 해당하는 것이 은하수의 중심부를 바라보는 것을 가로막는 우주의 가스와 먼지구름이다. 이런 이유로 우리는 은하수에 얼마나 많은 별들이 있는지 정확하게 알 수 없다. 대략 1,000억에서 2,000억 개의 별이 있다고 추정하고 있을 뿐이다. 

우리 은하와 가장 가까운 은하는 안드로메다 은하이다. 형태는 우리 은하와 흡사하지만 우리 은하보다 5배나 많은 별이 있다. 안드로메다은하에서 관찰한 우리 은하의 모습은 우리 은하에서 관찰한 안드로메다은하의 모습과 닮았을 것이다. 이 은하는 육안으로는 밤하늘의 희미한 점처럼 보인다. 지구에서 250만 광년 떨어져 있는 안드로메다은하는 우리가 육안으로 관찰할 수 있는 가장 멀리 떨어져 있는 천체이다. 우리가 오늘날 하늘에서 보는 안드로메다은하의 빛은 이미 250만 광년 전에 비추기 시작한 것이다. 이 시기라면 지구상에는 최초의 인류가 정착하기 시작하던 때다. 이렇듯 안드로메다 은하는 지구의 과거와도 밀접한 관계가 있다. 무수히 많은 별들이 있는 안드로메다은하는 우리의 미래에도 영향을 미친다. 은하수 전체와 지구의 운명이 안드로메다은하와 관련이 있기 때문이다. 즉, 안드로메다은하는 은하수와 충돌 가능한 궤도선상에 놓여 있으며 초속 120킬로미터의 속도로 은하수를 향해 움직이고 있다. 이런 추세라면 약 20억 년 후에 서로 충돌할 가능성이 있다. 충돌 이전에 안드로메다는 하늘 전체를 차지하면서 웅장하고 장대한 위용을 드러낼 것이다. 이런 거대한 충돌은 과연 어떻게 일어나는 것일까? 일너 충돌은 파괴적인 과정이라기보다는 오히려 하나의 변형 과정으로 봐야 한다. 은하끼리의 이와 같은 충돌 과정에서는 놀랍게도 개별적인 별들의 충돌은 일어나지 않는다. 그 이유는 별들과 별들 사이의 거리에 비해 별은 너무나 작기 때문이다. 가령 태양이 오렌지 정도의 크기라고 가정하면 가장 가까운 다음 별은 수천 킬로미터나 떨어져 있는 셈이다. 은하들은 마치 유령 같은 안개처럼 서로 관통하게 될 것이다.