우리 은하

우리 은하(―銀河, 영어: Our Galaxy)는 태양계가 속해 있는 은하이다.

은하수 은하(銀河水 銀河, 영어: Milky Way Galaxy), 은하수(銀河水, 영어: Milky Way)라고도 하며, 우리가 속해 있는 곳이기에 단순히 은하계 또는 은하라고 부르기도 한다.

은하수는 지구에서 보이는 우리 은하의 부분으로, 천구를 가로지르는 밝은 띠로 보인다. 이 밝은 띠는 다수의 별들로 이루어져 있다. 또한, 은하 중심부가 있는 궁수자리 방향에서 가장 밝게 보인다. 천구 상에서 은하면은 북쪽으로 카시오페이아자리까지, 남쪽으로 남십자자리 까지에 이른다. 황도에 대한 경사로 보아, 이는 은하면에 대한 태양계 대부분의 행성 궤도면(≒황도면)이 기울어져 있다는 것을 뜻한다. 은하가 천구를 거의 똑같이 나누고 있다는 사실은 곧 태양계가 은하면에서 그리 멀리 떨어져 있지 않다는 것을 뜻한다. 우리 은하에는 은하의 중심과 은하의 북극이 존재하는데, 원기 B 1950으로 측정한 북극의 적경과 적위는 12h 49m, +27.4˚였다.

우리 은하는 늙고 오래된 별들이 공 모양으로 밀집한 중심핵(中心核)과 그 주위를 젊고 푸른 별·가스·먼지 등으로 이루어진 나선팔이 원판 디스크 형태로 회전하고 있으며, 그 외곽에는 주로 가스, 먼지, 구상 성단 등의 일부 항성 및 암흑 물질로 이루어진 헤일로가 타원형 모양으로 은하 주위를 감싸고 있다.

우리 은하의 지름은 약 87,500 광년으로 중심핵은 직경이 약 10,000 광년, 두께는 약 15,000 광년이다.

나선팔의 두께는 별들의 영역만을 고려할 경우 약 1,000 광년 이지만 최근의 관측 결과 가스 등을 포함한 전체 디스크의 두께는 약 12,000 광년으로 기존의 추정치인 6,000 광년의 두 배에 달할 것으로 예상된다.

우리 은하를 둘러싸고 있는 헤일로는 지름이 약 200,000 광년 정도로 추정되었으나, 일부 구상 성단이 은하 중심으로부터 400,000 광년 거리에서 발견되는 점, 최근 우리의 이웃 은하인 안드로메다 은하의 헤일로가 기존보다 휠씬 먼 약 400,000 광년 이상까지 뻗어있다는 것이 확인됨에 따라 우리 은하의 헤일로의 규모도 당초 예상보다 훨씬 멀리 까지 뻗어 있을 가능성이 높다.

우리 은하의 나이를 정확히 추정하는 것은 거의 불가능하나 간접적으로 우리 은하 내의 항성 중 가장 늙은 별의 나이를 통해 추정할 수는 있다. 현재까지 밝혀진 우리 은하 디스크 내 가장 오래된 별의 나이는 약 132억 년이며, 주위를 공전하는 구상 성단에서 약 136억 년의 나이로 밝혀진 별이 발견되고 이들 구상 성단이 우리 은하와 거의 동시에 탄생하였을 걸로 추정하면 우리 은하의 나이는 현재 우주의 나이인 약 138억 년에 거의 근접할 것으로 추정되고 있다. 참고로, 지구에서 가장 가까운 구상 성단은 NGC 6397이며, 지구에서 7,200 광년 떨어져 있다.

우리 은하의 총 질량에 대한 계산은 최근 극적인 변화를 겪고 있다. 지금까지는 관측된 우리 은하의 회전 속도와 뉴턴의 역학 법칙을 이용한 계산 결과, 우리 은하의 총 질량은 항성, 가스 등의 눈에 보이는 물질 만을 고려할 경우 약 5.8×10^11 M☉, 눈에 보이지 않는 암흑 물질 등을 모두 고려하여 계산할 경우 약 1.5~1.9×10^12 M☉으로 추정되어 왔으며, 약 2,000억~4,000억 개의 항성들이 존재할 것으로 믿어져 왔다.

최근에는 은하 헤일로가 은하 중심부에서 26만 광년 까지 떨어져 있는 것으로 여겨지고 암흑 물질 등, 은하를 이루고 있는 물질이 예상보다 많은 것으로 여겨지고 있다.

따라서 우리 은하의 질량은 눈에 보이는 물질만 합치면 8.5×10^11 M☉이 나오며, 암흑물질까지 모두 합쳐 5×10^12 M☉ (약 5조 태양 질량)까지 늘어날 수 있다.

별의 개수는 약 2천억~4천억 개이며, 항성들을 모두 합친 질량은 4.6×10^10 M☉~6.4×10^10 M☉, 평균 질량은 태양의 15%이다.

이는 우리 은하의 별의 대부분은 적색 왜성인 것이다.

이는 지금까지 우리 은하가 이웃 안드로메다 은하에 비해 크기나 무게가 더 작은 형제 은하라고 믿어온 고정관념을 송두리째 뒤엎는 것으로서 우리 은하와 안드로메다 은하는 크기와 무게가 비슷한 대형 쌍둥이 은하일 가능성이 큰 것으로 예상된다.

우리 은하는 막대 나선 은하에 속하며, 허블의 은하 분류에 따르면 Sbc형(중심에 막대가 존재하고 나선팔이 느슨히 감긴 형태)이다. 이전에는 안드로메다 은하와 같은 모양의 정상 나선 은하로 간주되었으나, 1990년대부터 과학자들에 의해 막대 나선 은하일 가능성이 제기되었으며 2005년의 스퍼처 적외선 망원경을 이용한 조사 결과, 중심핵으로부터 지름 27,000광년 길이의 막대 구조가 존재한다는 것이 확인되었다. 막대 구조는 대부분 붉고, 오래된 항성들로 구성되어 있으며, 태양과 은하 중심을 연결한 선에서 약 44 ± 10 도 정도 비스듬히 위치하고 있어서 그동안 존재를 확인하기가 어려웠던 것으로 추정된다. 또한, 이 막대 구조 주위에 일명 '5-kpc Ring'이라는 거대 수소 가스로 이루어진 띠가 존재하며, 현재 우리 은하 내에서 가장 폭발적으로 별을 생성하고 있는 영역임이 확인되었다. 만약에 이웃하는 안드로메다 은하에서 우리 은하를 바라본다면 가장 밝게 빛나는 부분으로 보일 것이다.

우리 은하를 구성하는 천체들은 은하의 중심부를 중심으로 나선팔 모양으로 공전한다. 이는 은하 중심에 초대질량 블랙홀이 있기 때문이라 여겨지며, 궁수자리 A*가 이 거대 블랙홀의 유력한 후보로서 태양 질량의 약 450만 배의 질량인 것으로 추정된다. 또한 이 블랙홀의 근처에 태양의 1,300배에 해당하는 중간 질량 블랙홀이 더 존재하며 서로를 공전하고 있는 것(쌍성 처럼)이 확인되었다. 이는 과거에 우리 은하가 다른 작은 은하를 흡수하였음을 의미하며, 실제로 2002년에 대한민국 연세 대학교 연구팀이 '사이언스'지에 발표한 논문을 통해 우리 은하가 약 10억 년 젊은 다른 은하와 충돌, 합병하여 현재의 크기가 되었음을 입증한 바 있다. 현재 우리 은하의 중심부에는 가까운 최근에 격렬한 별 생성이 있었음을 추정하게 하는 증거들이 발견되고 있으며, 은하 중심부에서 불과 3.5 광년 내에 수천 개의 별들이 빽빽히 모여 있으며 울프 레이에별과 OB항성들과 같은 거대 항성들도 100개 나 모여 있다. 이것은 이들 별들의 폭발적인 생성이 불과 수백 만 년 전에 있었다는 것을 알 수 있다. 이들 별들이 초신성 폭발을 하면 은하 중심의 블랙홀에도 영향을 줘, 제트를 뿜는 블랙홀 활동이 시작될 것이다. 과거 수백 만 년 전에 블랙홀 주변 3.5 광년 내의 폭발적인 별 생성 시 에도 가스 구름이 블랙홀로 유입되어 강력한 블랙홀 활동이 있었다는 것과 블랙홀이 내뿜은 엄청난 양의 물질들의 거품 흔적들이 은하 중심부의 가스 구름의 제트 거품의 흔적을 통해 발견되고 있다. 당시 블랙홀의 제트는 은하 중심부로부터 최대 3,000 광년 떨어진 구름 까지도 흔적을 남겼다. 시뮬레이션 결과 중심핵의 두 개의 블랙홀도 서로 공전하면서 계속 가까워지다가 결국엔 하나로 합쳐지면서 막대한 양의 X선 등의 에너지를 방출할 것으로 예상되고 있다. 또한 은하 중심부로부터 400광년 내에 빽빽한 구름들이 많이 발견되었는데 2억년 내로 엄청난 별 생성을 하게 될 것이다.

최근까지 우리 은하에는 네 개의 큰 나선팔이 있다고 여겨졌으나, 2008년에 스피처 적외선 망원경을 이용하여 1억 개 이상의 항성의 분포를 분석한 결과, 단지 2개의 나선 팔만이 명확히 구분되었다.

나머지 나선팔은 존재가 의심스럽거나 2개의 주요 나선 팔에서 갈라져 나온 부수적인 팔인 것으로 확인되었다. 주된 2개의 나선 팔은 각각 방패-센타우루스자리 팔과 페르세우스자리 팔이며, 과학자들은 우리 은하가 나선 팔이 2개로 구성된 전형적인 막대 나선 은하일 것으로 추정하고 있다. 최근에 페르세우스자리 팔 바깥에서 은하 중심으로부터 거리가 60,000 광년, 길이가 77,000 광년인 새로운 나선팔의 존재가 확인되었으나, 대부분 가스와 먼지로 구성되고 별은 드문 것으로 추정되어 아직 공식적인 나선 팔로 인정받지는 못하고 있다.

우리 은하는 측면에서 봤을 때 나선 팔의 일부가 위로 밀려 올라가서 휘어진 모양을 하고 있는데, 이는 위성 은하인 대마젤란 은하와 소마젤란 은하가 중력적으로 영향을 미치기 때문으로 추정된다. 우리의 이웃 은하인 안드로메다 은하도 이웃 위성 은하에 의해 나선 팔의 일부 구조가 심하게 뒤틀린 모습을 띠고 있다. 이들 두 위성 은하는 각각 우리 은하와 마젤란 흐름이라는 수소 가스로 이루어진 띠로 연결되어 우리 은하 주위를 약 15억 년 주기로 공전하면서 중력적으로 속박 되어 있는데, 이 마젤란 흐름은 약 2억 년 전에 이들 위성 은하가 비정상적으로 우리 은하에 접근하는 과정에서 조석력에 의해 형성된 것으로 보인다. 현재 이 통로를 통해 이들 마젤란 은하의 별과 가스 등이 우리 은하로 끌려가는 현상이 나타나고 있으며, 향후 서서히 우리 은하에 별을 빼앗겨 결국에는 우리 은하에 흡수될 것으로 예상된다. 현재 대,소 마젤란 은하는 불규칙 은하로 분류되나, 두 은하 모두 중심부에 희미한 막대 구조가 관찰된다. 이를 두고 과거에 정상 나선 은하였다가 우리 은하의 강한 중력에 의해 구조가 해체되고 남은 잔해라는 설, 반대로 우리 은하 중력에 영향을 받아 정상 나선 은하로 발전해 가는 단계라는 설 등이 있으나 아직 까지 확인된 바는 없다.

우리 은하는 과거로부터 끊임없이 주위의 작은 은하를 흡수, 합병하면서 성장하여 현재의 모습에 도달하였다는 것이 대체적인 중론이다. 과학자들은 우리 은하 내의 별들의 공간 구조를 조사하다가 특이한 별집단의 운동('성류'라고 불림)을 인식하게 되었고, 이는 우리 은하가 다른 은하를 잡아먹고 남은 잔해물이라는 결론에 도달하였다. 우리 은하의 중심부에 존재하면서 은하 핵을 수직으로 공전하는 특이한 'Inner Ring'과 외곽 헤일로에서 최근 존재가 확인된 'Outer Ring(Monoceros Ring)'이 바로 그것이다. 또한, 1999년에는 대한민국 연구팀이 우리 은하에서 가장 큰 구상 성단인 오메가 센타우리가 원래는 왜소은하의 중심핵이었음을 입증한 바 있으며, 현재 우리 은하의 약 200여개의 구상 성단 중 최소 40%는 우리 은하가 아닌 주변 왜소은하의 중심핵이었거나 이들 왜소은하에 딸린 구상 성단이었을 것으로 추정된다. 지금 현재에도 최소한 2개 이상의 왜소 위성은하를 합병 중인 것으로 확인되고 있으며, 지구로부터 25,000 광년 떨어진 큰개자리 왜소은하와 70,000광년 떨어진 궁수자리 왜소은하가 바로 그 희생양 들이다. 최근 2005년에 발견된 처녀자리 왜소은하의 경우, 지구로부터 약 30,000 광년 떨어진 거리에서 우리 은하를 밑에서 위로 관통하고 있는 것으로 밝혀졌으나, 궁수자리 왜소은하와 가까운 위치 때문에 새로운 왜소 은하인지 아니면 궁수자리 왜소은하의 잔해물인지의 여부가 불확실한 상태이다. 특이한 점은 최근의 컴퓨터 시뮬레이션에서 처녀자리 왜소은하의 경우 운동 궤적을 조사한 결과, 과거에 몇 번이나 우리 은하를 수직으로 관통한 적이 있는 것으로 나타나 어떻게 우리 은하에 흡수되지 않고 형태를 유지하여 왔는지가 미스테리인데 우리 은하의 중력을 이겨낼 정도로 상당한 양의 암흑물질을 보유한 것이 아닌가 추정된다.

한편, 현재 우리 은하는 중심핵에 위치한 블랙홀의 활동성이 약한 정상 상태 은하인 것으로 보이나, 최근까지도 블랙홀에서 격렬한 활동을 통해 막대한 에너지를 외부로 방출하는 셰이퍼트 은하와 같은 활동성 은하였다는 증거들이 관측되고 있다. 최근 2010년에 우리 은하의 중심부에서 나선팔 원반과 수직 방향 위, 아래로 각각 25,000 광년(직경 50,000광년) 길이의 감마선을 방출하는 비눗방울 모양 거대 구조가 발견되었는데, 북쪽 하늘의 처녀자리에서 남쪽 하늘의 두루미 자리까지 전 하늘의 절반 이상을 차지하고 있으며 이 구조의 가장자리 윤곽이 매우 뚜렷한 것으로 보아 약 10만 개 이상의 초신성 폭발과 맞먹는 에너지가 방출된 현상으로 추정된다. 또한, 우리 은하 중심핵에서 약 3,000광년 거리의 공간에 중심부에서 방출된 감마선 잔해물 거품 구조가 형성되어 과거에 격렬한 반응이 있었음을 짐작하게 한다.

한편, 우리 은하를 향해 돌진해 오고 있는 특이한 거대 수소 가스 구름(일명 "Smith's Cloud")은 아직 미스테리이다. 1963년에 이미 존재가 확인되었다. 현재 우리은하 원반 디스크 면으로부터 8,000 광년 거리에서 초속 240 km(시속 86만 9천 km)의 속도로 접근 중이며, 총 길이는 약 9,800 광년, 폭은 약 3,300광 년에 달하