천문학의 종류 (우리은하 천문학, 외부은하 천문학,우주론)

천문학의 종류 중 우리 은하 천문학, 외부은하 천문학, 우주론에 대해서 설명하도록 하겠습니다. 

 

사진:나선은하. 은하는 일반적으로 모양에 따라 타원은하, 나선은하, 불규칙은하로 분류됩니다.

 

우리 은하 천문학 ( Galactic astronomy)

우리 은하 천문학이란 우리 은하 및 우리 은하에 속한 천체들을 연구하는 학문입니다. 우리의 지구가 속해있는 태양계는 국부 은하군에 속의 막대나선은하인 우리 은하 (Galaxy, Milly Way) 안에 위치해 있으며 우리 은하의 중심을 공전하고 있다. 이 은하는 물체들의 집합체로 구성되어 있으며 가스, 먼지, 별, 그리고 암흑 물질 등이 서로 중력으로 묶여 공통 질량중심 주위를 회전하고 있습니다. 태양계는 은하의 바깥 나선팔에 위치하고 있으며, 이로 인해 먼지로 가려져 있어 우리는 은하의 완전한 모습을 관측하기 어렵습니다. 우리 은하의 가운데에는 막대 모양의 팽대부가 있으며, 은하의 중심에는 매우 큰 블랙홀이 있는 것으로 추정됩니다.  이 중심부는 네 개의 나선팔로 둘러싸여 있으며, 이 나선 팔은 주로 금속 함량이 높고 젊은 별들이 태어나는 곳으로 알려져 있습니다. 은하 원반은 구상성단이라고 불리는 구성성 별 무리로 둘러싸여 있으며, 이 지역에는 늙은 항성종족 별들과 조밀한 별 집단이 분포하고 있습니다. 

별들 사이에는 가스와 먼지로 이루어진 희박한 성간 물질이 분포하고 있으며 성간 물질의 밀도가 높은 지역에서는 수소분자와 다른 원소로 이루어진 분자구름이 형성됩니다. 이러한 분자 구름에서 별들이 탄생하는데 별의 형성은 처음에 분자 구름이 빽빽하게 모인 암흑 성운 형태로 시작되고 이것들은 압축되고 붕괴하여 원시 별을 만들게 됩니다. 

더 큰 별이 탄생하면 주변의 물질은 H II 지역으로 진화하게 되며 이 지역에는 빛을 내는 가스와 플라즈마로 가득 차게 됩니다. 대형 별들은 강한 항성풍을 방출하며 초신성 폭발 후 별의 일생을 마치는데 이때 주변에 성간 물질을 흩뿌려지게 됩니다. 종종 별들의 모임인 산개 성단이 형성되며, 이들은 시간이 지남에 따라 흩어지며 우리 은하의 항성 집단에 합류합니다.

또한 우리은하 및 외부 은하에 대한 운동 연구들 통하여 보이지 않는 물질인 암흑 물질이 더 많이 존재함을 알게 되었습니다. 암흑 물질은 빛을 내지 않지만 우주에서 많은 질량을 차지하고 있으며 이에 대한 본질은 아직 해명되지 않았지만 암흑 물질이 우주의 대부분을 차지하고 있을 것으로 추정됩니다. 

 

외부은하 천문학 (Extragalactic astronomy)

외부은하 천문학은 우리은하 바깥의 천체와 그 현상을 연구하는 학문입니다. 주로 은하의 형성과 진화, 외부은하의 형태학적 분류, 활동은하, 은하단과 은하군, 그리고 이들로 이루어지는 우주의 거대한 구조에 대해  연구합니다. 은하들은 일반적으로 모양에 따라 타원은하, 나선은하, 불규칙 은하로 분류됩니다.

타원은하

타원은하는 타원 모양을 가지며 그안의 별들은 무작위 궤도를 따라 움직입니다. 성간물질이 적고 새로운 별의 탄생이 적으며 나이가 많은 별들이 많습니다. 타원은하는 은하단의 중심에 위치하는 경우가 많은데 여러 은하들이 합쳐져 형성되었다고 추정됩니다.

나선은하

나선은하는 납작한 회전하는 원반모양입니다. 중심부에 팽대부(또는 막대)와 나선 형태의 팔들을 가지고 있습니다. 나선팔에는 성간먼지들이 많이 분포되어 있고 대개는 별들이 탄생하는 곳으로 푸른빛을 내뿜습니다. 대표적인 나선은하에는 우리 은하와 안드로메다 은하가 있습니다.

불규칙 은하

불규칙 은하는 일정한 모양을 가지지 않으며 모양이 일정하지 않은 이유는 다른 은하와의 상호작용 때문입니다.

활동 은하

활동 은하는 별, 먼지, 성간물질이 아닌 은하 중심의 블랙홀에서 나오는 에너지로 인한 은하입니다. 활동 은하의 핵은 강착원반을 가진 매우 큰 질량의 블랙홀이라고 추정됩니다. 활동 은하에는 시퍼트은하, 퀘이사, 블레이저, 전파은하 등이 있는 데, 전파은하는 다른 은하들과는 다르게 전파에서 강렬한 빛을 내고, 퀘이사는 우주에서 제일 밝은 천체 중의 하나이다.

우주 거대구조는 은하들이 모여 은하군을 형성하고 이러한 은하군이 은하단을 만들며 이러한 구조가 다시 초은하단을 형성하는 계층적 구조입니다. 이러한 거대 군집들은 필라멘트 구조와 그사이의 공동으로 분포됩니다. 

물리 우주론 (Physical cosmology)

물리 우주론이란 우주의 발생과 진화를 연구하는 학문으로 우주 마이크로파배경, 대폭발 핵합성, 우주 거대구조, 암흑물질, 암흑에너지 등을 연구하고 있습니다. 약 137억 년 전에 우주가 시공간의 한 점에서 시작되어 지금까지 팽창해 왔다는 빅뱅이론이 널리 받아들여지고 있습니다. 우주는 팽창하는 동안 여러 단계를 거치게 되는데 대폭발 직후 아주 초기에는 우주가 매우 빠른 팽창을 겼었다고 추정되며, 이 급격한 팽창으로 우주가 현재와 같이 균질하고 등방적으로 형성되었을 것으로 여겨집니다. 급 팽창 이후에는 중수소, 헬륨과 같은 기본적인 원소들과 우주를 구성하는 대부분의 물질이 대폭발 핵합성을 통해 만들어졌습니다. 우주가 팽창하고 식어가면서 중성 원자들이 처음으로 생성되었고  이때 만들어진 빛이 현재 우주 마이크로파 배경으로 관측이 됩니다. 그렇지만 아직 빛을 내는 별들이 형성되기 전이었기 때문에  우주의 암흑시대라고 부르는 시대가 있었습니다.

우주의 작은 밀도 요동에서 천체들이 형성되고 가스덩어리가 별들을 만들어냈습니다. 이 별들은 무거운 원소를 핵융합으로 생산하며 및을 방출하여 가스를 이온화시켰습니다. 이러한 별들의 집합체가 은하로 발전하고, 중력에 의하 은하군과 은하단 같은 큰 구조로 진화했습니다. 암흑물질과 암흑에너지는 우주의 대다수를 차지하지만, 이들의 성질은 아직 밝혀지지 않은 미스터리 중 하나입니다.