별자리와 은하

안드로메다은하부터 처녀자리 은하단, 마젤란은하까지 — 은하가 특정 별자리 "안에" 있다는 말이 실제로 무엇을 뜻하는지, 거리와 물리적 관계를 기준으로 짚어본다.

안드로메다자리를 이루는 별들은 대부분 수백 광년 거리에 있다. 그런데 같은 별자리 영역 안에서 맨눈으로 보이는 안드로메다은하는 무려 250만 광년 떨어져 있다. 같은 별자리 "안에" 있다고 부르지만, 둘 사이의 거리는 만 배 가까이 차이 난다. 이 간극이 이번 글의 출발점이다.

 

목차

• 은하가 별자리 안에 있다는 것은 무슨 뜻일까
• 안드로메다자리의 안드로메다은하 - 맨눈으로 보이는 가장 먼 천체
• 삼각형자리의 M33 - 국부은하군의 조용한 이웃
• 사냥개자리에서 나선을 처음 본 순간 - M51 소용돌이은하
• 처녀자리 방향, 은하가 무더기로 모인 곳
• 예외 - 실제로 우리은하에 딸린 마젤란은하
• 한국에서 은하를 관측하려면
• 한눈에 보는 핵심 정리
• FAQ
• 참고자료

은하가 별자리 안에 있다는 것은 무슨 뜻일까

지금 우리가 쓰는 88개 별자리 경계는 1930년 국제천문연맹(IAU)이 벨기에 천문학자 외젠 델포르트의 작업을 바탕으로 확정한 것이다. 별자리는 실제 공간에 있는 무리가 아니라, 지구에서 본 하늘을 나눈 행정구역에 가깝다.

그렇다면 은하가 "어느 별자리에 속한다"는 말은 그 은하가 해당 별자리의 별들과 물리적으로 연결되어 있다는 뜻이 아니다. 단지 지구에서 그 방향을 올려다봤을 때 그 경계선 안에 보인다는 뜻일 뿐이다. 안드로메다자리의 별들과 안드로메다은하는 우연히 같은 시야 방향에 겹쳐 있을 뿐, 서로 아무 관계가 없다.

안드로메다자리의 안드로메다은하 - 맨눈으로 보이는 가장 먼 천체

안드로메다은하(M31)는 지구에서 약 250만 광년 떨어져 있다. 겉보기 등급은 3.4등급으로, 도시 불빛에서 벗어난 어두운 하늘이라면 맨눈으로도 희미한 얼룩처럼 보인다. 지름은 약 22만 광년으로 추정되는데, 이는 우리은하(지름 약 10만~12만 광년)보다 훨씬 크다.

이 은하를 처음 기록한 사람은 964년 페르시아 천문학자 압드 알라흐만 알수피다. 그는 저서 《항성의 서(Kitab al-Kawakib al-Thabitah)》에서 이 천체를 "작은 구름"이라고 묘사했다. 당시엔 이것이 별개의 은하라는 사실을 알 도리가 없었다.

그 정체가 밝혀진 건 20세기 들어서다. 1920년 천문학자 할로 섀플리와 히버 커티스는 나선형 성운들이 우리은하 안에 있는지, 아니면 전혀 다른 독립된 은하인지를 두고 이른바 "대논쟁(Great Debate)"을 벌였다. 이 논쟁을 끝낸 사람이 에드윈 허블이다. 그는 1923~1924년 M31 안에서 세페이드 변광성을 찾아내 거리를 계산했고, 그 값이 우리은하의 크기를 훨씬 넘어선다는 것을 증명했다. 안드로메다는 그때부터 "성운"이 아니라 "은하"로 다시 불리게 됐다.

삼각형자리의 M33 - 국부은하군의 조용한 이웃

우리은하, 안드로메다은하, 삼각형은하(M33)는 국부은하군에서 가장 큰 세 은하다. M33은 거리 약 300만 광년, 겉보기 등급 5.7등급으로 안드로메다은하보다 두 배 이상 멀고 어둡다.

그런데 여기서 흥미로운 반전이 나온다. M33은 표면 밝기가 넓게 퍼져 있어서, 등급 수치만 보고 예상하는 것보다 훨씬 찾기 까다롭다. 아마추어 천문가들 사이에서 "맨눈으로 볼 수 있는 가장 희미한 메시에 천체"로 종종 언급되는 이유다. 1764년 샤를 메시에가 목록에 올렸지만, 실제 관측 난이도는 목록 번호가 훨씬 늦은 다른 천체들보다 높다.

사냥개자리에서 나선을 처음 본 순간 - M51 소용돌이은하

사냥개자리 방향에 있는 소용돌이은하(M51)는 거리 약 2,300만 광년으로, 앞서 다룬 두 은하와는 규모가 다르다. 1773년 메시에가 처음 목록에 기록했을 때는 그저 흐릿한 얼룩이었다.

여기서 반전이 하나 있다. 은하가 나선 구조를 가졌다는 사실 자체를 인류가 처음 확인한 대상이 바로 이 M51이다. 1845년 아일랜드의 천문학자 윌리엄 파슨스(로스 경)는 당시 세계 최대였던 72인치 반사망원경 "파슨스타운의 리바이어던"으로 이 은하를 관측했고, 소용돌이치는 팔 구조를 최초로 스케치했다. M51 옆에는 작은 동반은하 NGC 5195가 붙어 있는데, 두 은하는 실제로 중력적으로 상호작용하는 중이다.

처녀자리 방향, 은하가 무더기로 모인 곳

앞의 세 은하가 개별적으로 하나씩 떨어져 있는 사례라면, 처녀자리는 완전히 다른 규모를 보여준다. 처녀자리 방향에는 처녀자리 은하단이 자리하는데, 거리 약 5,400만 광년에 걸쳐 은하가 1,300개에서 많게는 2,000개까지 모여 있는 것으로 추정된다.

이 은하단 중심에 있는 초거대 타원은하 M87은 2019년 4월 국제 공동연구팀 사건지평선망원경(EHT)이 인류 역사상 처음으로 블랙홀의 그림자를 직접 촬영한 대상으로 유명해졌다. M87 중심 블랙홀의 질량은 태양의 약 65억 배로 추정된다. 별자리 하나의 좁은 시야 안에 이렇게 많은 은하가 몰려 보이는 것은, 처녀자리 별들과는 무관하게 그 방향으로 은하단이라는 거대 구조가 실제로 늘어서 있기 때문이다.

예외 - 실제로 우리은하에 딸린 마젤란은하

지금까지 다룬 은하들은 모두 별자리와 무관한 배경 천체였다. 그런데 딱 하나, 정말로 우리은하와 물리적으로 묶여 있는 은하들이 있다. 큰마젤란은하와 작은마젤란은하다.

두 은하는 각각 거리 약 16만 광년, 약 20만 광년으로 우리은하 주위를 도는 위성은하다. 남반구 밤하늘에서 맨눈으로도 뚜렷하게 보이며, 각각 황새치자리와 큰부리새자리 영역에 위치한다. 이 두 별자리는 대항해시대 탐험가들이 16~18세기에 새로 이름 붙인 근대 별자리로, 신화가 없다. 공교롭게도 신화 없는 별자리 안에, 유일하게 우리은하와 진짜로 연결된 은하가 들어 있는 셈이다.

한국에서 은하를 관측하려면

한국(중위도 북반구) 기준으로 안드로메다은하는 가을철(9~12월) 저녁 하늘 높이 떠 오른다. 카시오페이아자리의 W자 모양에서 별을 따라가면 쉽게 찾을 수 있고, 광공해가 적은 곳이라면 맨눈으로도 희미한 타원형 얼룩이 보인다. 쌍안경을 쓰면 훨씬 또렷해진다.

M33은 같은 계절, 같은 방향이지만 표면 밝기가 낮아 맨눈 관측 난이도가 훨씬 높다. 매우 어두운 하늘과 어느 정도 눈이 어둠에 적응한 상태가 필요하다. M51은 봄철(4~5월) 저녁, 큰곰자리 북두칠성 손잡이 근처에서 찾을 수 있는데, 맨눈으로는 보이지 않고 구경 100mm 이상 망원경이 필요하다.

처녀자리 은하단은 4~5월 무렵을 아마추어 천문가들 사이에서 흔히 "갤럭시 시즌"이라 부르는데, 한 시야 안에 여러 은하가 동시에 들어오기 때문이다. 다만 개별 은하 하나하나는 어둡고 작아 소형 망원경으로는 흐릿한 점 정도로만 보이는 경우가 많다. 마젤란은하는 적위가 남쪽으로 치우쳐 있어 한국에서는 지평선 위로 거의 떠오르지 않는다 — 남반구를 여행할 때만 실제로 볼 수 있는 대상이다.

한눈에 보는 핵심 정리

• 별자리는 실제 천체의 무리가 아니라 1930년 IAU가 확정한 하늘의 경계선이다.
• 안드로메다은하(M31)는 거리 약 250만 광년, 겉보기 등급 3.4등급으로 맨눈 관측이 가능한 가장 먼 천체다. 964년 알수피가 처음 기록했고, 1923~1924년 에드윈 허블이 독립된 은하임을 증명했다.
• 삼각형은하(M33, 약 300만 광년)는 국부은하군 3위 은하지만 표면 밝기가 낮아 관측이 까다롭다.
• 소용돌이은하(M51, 약 2,300만 광년)는 1845년 로스 경이 나선 구조를 최초로 확인한 은하다.
• 처녀자리 은하단(약 5,400만 광년)에는 은하가 최대 2,000개까지 모여 있으며, 중심 은하 M87은 2019년 블랙홀 그림자가 최초로 촬영된 대상이다.
• 마젤란은하는 예외적으로 우리은하에 실제로 딸린 위성은하이며, 남반구에서만 관측할 수 있다.

FAQ

Q. 은하가 별자리 안에 있다고 하면 그 별자리 신화와 관련이 있나요?
아니다. 은하는 그 별자리의 별들과 실제 거리·기원이 전혀 다른 배경 천체일 뿐이며, 별자리 신화와는 아무 관련이 없다.

Q. 맨눈으로 볼 수 있는 은하는 몇 개인가요?
북반구에서는 안드로메다은하가 대표적이고, 아주 어두운 하늘에서는 삼각형은하도 겨우 보인다. 남반구까지 포함하면 큰마젤란은하와 작은마젤란은하도 맨눈 관측이 가능하다.

Q. 안드로메다은하와 우리은하는 언젠가 충돌하나요?
두 은하는 서로 가까워지고 있는 것으로 관측되며, 먼 미래(수십억 년 뒤로 추정)에 충돌·병합할 가능성이 연구되고 있다. 다만 정확한 시점과 결과는 여전히 연구가 진행 중인 영역이다.

참고자료

• NASA/ESA Hubble Space Telescope, Messier Catalog 자료 (M31, M33, M51, M87 항목)
• Event Horizon Telescope Collaboration, "First M87 Event Horizon Telescope Results" (2019)
• International Astronomical Union(IAU), 88 Constellation Boundaries 공식 자료
• 한국천문연구원(KASI) 천문학습관, 딥스카이 관측 가이드