[오늘의 우주이야기] 우리 은하의 위성은하는 많은 편일까, 적은편일까?
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얼마 전에 안드로메다 위성은하들이 이상하게 쏠려 있다는 얘기를 했었는데, 이번엔 우리은하 얘기를 좀 해볼게요. 결론부터 말하면, 우리은하도 만만치 않게 수상합니다.
우리은하 주위에는 지금까지 60개가 넘는 위성은하가 알려져 있어요. 근데 이게 많은 건지 적은 건지는 비교 대상이 있어야 판단이 되거든요. 질량이 비슷한 다른 은하들이랑 똑같은 기준으로 세어 보면, 우리은하는 꽤 평범한 축에 속했습니다. 여기서 끝났으면 재미없는 결론이었을 텐데, 반전이 하나 더 있었어요.
대마젤란운처럼 큰 위성을 하나 거느린 은하들은 보통 위성은하 자체가 많은 경향이 있다는 게 밝혀졌습니다. 이 기준으로 다시 보면, 우리은하는 오히려 기대보다 적은 쪽에 들어갑니다. 연구팀이 내놓은 설명이 흥미로운데, 우리은하가 대마젤란운과 소마젤란운을 우주 나이에 비해 상당히 최근에야 얻었기 때문일 수 있다는 거예요. 그러니까 우리은하는 "원래 위성이 적은 은하"가 아니라, 큰 위성을 막 얻은 직후의 모습을 보여주고 있는 스냅샷일 수도 있다는 얘기입니다.
이 결과를 뒷받침하는 조사가 두 개 있는데, 규모가 꽤 큽니다. 허블 망원경으로 질량이 비슷한 은하 22개 주변의 위성은하 260개를 빠짐없이 세는 프로그램이 진행 중인데, 111개는 끝났고 149개가 남았어요. 이론상으로는 열흘 남짓이면 끝날 분량인데, 허블을 여러 연구팀이 나눠 써야 해서 실제 달력으로는 훨씬 오래 걸린다고 하네요. 또 다른 조사인 SAGA는 101개 은하에서 위성은하 378개를 찾았는데, 은하마다 0개부터 13개까지 차이가 꽤 컸습니다. 우리은하는 보정값으로 약 5개 내외인데, 101개 은하의 중앙값도 약 5.4개 정도라서 생각보다 딱 중간쯔음에 있더라고요.
사실 이 분야 전체가 "위성은하 문제"라는 오래된 수수께끼를 안고 있어요. 표준 우주론 모형은 우리은하 주변에 지금보다 훨씬 많은 위성은하가 있어야 한다고 예측하는데, 실제로 관측되는 숫자는 턱없이 적습니다. 한 가지 설명은, 많은 위성은하들이 별을 거의 못 만들어서 너무 어둡게 남아 있어 아직 못 찾았을 뿐이라는 거예요.
SAGA 팀이 이번에 은하 거리 자료 4만 6천 개를 통째로 공개했다고 하니, 위성은하 얘기 말고도 써먹을 데가 많을 것 같습니다.
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그리고 블랙홀이 유독 무거운 건 보통 "합병을 많이 겪었다"는 신호로 해석하는 게 맞습니다. 안드로메다는 고전적인 벌지(merger로 만들어지는 타입)를 갖고 있고, 우리은하는 상대적으로 박시(boxy)한 벌지라서, 안드로메다가 더 많은 메이저 머저를 겪었다는 추정은 학계에서도 꽤 받아들여지는 얘기예요. 별 숫자 많고 가스 적은 것도 같은 방향으로 해석됩니다 — 합병이 가스를 소모시키고 별을 더 많이 만들거든요.
근데 마지막 부분, "그래서 과거 합병된 은하들의 위성은하가 더 많이 남아있는 것 아니냐"는 부분은 방향이 좀 반대로 가는 것 같아요. 합병이 됐다는 건 그 위성은하가 흡수당해서 이제는 독립된 '위성은하'가 아니라 본체의 별/헤일로/별흐름(스트림)으로 편입됐다는 뜻이거든요. 그러니까 합병을 많이 한 은하일수록 오히려 남아있는 위성은하 수는 줄어드는 게 더 자연스러운 그림이에요. 실제로 우리은하도 수십억 년 전 가이아-엔켈라두스(소시지) 은하를 통째로 먹은 적이 있는데, 그 은하는 지금 위성은하로 안 남아있고 우리은하 헤일로에 흩어진 별들로만 남아있죠.
그리고 실제 관측을 보면 안드로메다도 알려진 위성은하 수가 우리은하랑 비슷한 수준(수십 개 단위)이라서, "합병을 많이 해서 위성이 더 많이 남았다"는 그림이 숫자로도 딱 맞아떨어지진 않아요.
정리하면, 블랙홀 질량으로 과거 합병 역사를 추정하는 논리 자체는 꽤 타당한데, 그게 "현재 남아있는 위성은하 수"로 바로 이어지진 않을 것 같아요. 합병한 과거의 흔적은 위성은하가 아니라 별흐름이나 헤일로 구조로 찾아야 더 맞을 것 같습니다. 좋은 질문 덕분에 저도 다시 찾아보게 됐네요.