밤하늘의 별을 세어본 적 있으신 가요? 맑은 날 하늘을 올려다보며 별을 하나하나 세다 보면 어느새 수십, 수백개가 넘는 어마어마하게 많은 별이 하늘을 가득 채우고 있음을 알 수 있습니다. 하지만 보이는 별이 우주의 전부가 아닙니다.
수많은 별이 모여 있는 거대한 천체 무리인 은하에 우리의 태양계는 포함되어 있습니다. 우리 은하에는 1,000~4,000억 개의 별이 모여 있을 것으로 추측되는데요, 우리가 밤하늘에 눈으로 보이는 많은 별이 모두 우리 은하에 포함되어 있습니다. 하지만 이렇게 많은 별이 우주의 전부는 아닙니다. 우리 은하 외에도 다양한 외부 은하가 우주에 존재합니다. 외부 은하의 모습은 눈으로 보기 힘들지만 망원경으로 관측할 수 있습니다. 이때 은하들의 모양이 다양함을 알 수 있습니다. 그럼 우리 은하의 모양은 어떤 모양일까요? 놀랍게도 우리는 우리 은하의 모습을 직접 본 적이 없습니다. 마치 숲 속에서 나무를 하나하나 보는 것은 편하지만 결국 숲의 모습은 어떤 지는 확인할 수 없는 것처럼 말입니다. 숲을 벗어나 숲의 위에서 내려다보면 그 모습을 알 순 있습니다. 하지만 우리가 우리 은하를 내려다보려면 적어도 15,000광년 이상의 거리를 벗어나야 합니다. 따라서 우린 우리 은하의 모습을 두 눈으로 직접 관측할 수 없습니다.
그러나 우리는 우리 은하의 모습이 막대 나선 은하라고 알고 있습니다. 그 이유는 망원경으로 우리 은하의 별을 관측해왔기 때문입니다. 별의 분포와 위치, 거리를 안다면 은하의 모습을 유추하여 우리는 우리 은하의 모습을 만들 수 있습니다. 실제로 하늘의 수많은 별을 관측하여 우리 은하수의 지도를 제작하게 되었습니다.
은하수 지도를 만들기 위해서 유럽 우주국에서는 우주로 망원경을 발사합니다. 바로 가이아 우주 망원경입니다. 약 10억 개가 넘는 별을 관측하여 3차원 지도를 만드는 것을 목적으로 가이아 우주 망원경은 2013년에 발사되었습니다.
가이아 우주 망원경에는 천체 측광기, 청색 및 적색 광도계, 시선 속도 분광기로 별의 위치, 거리, 속도를 구할 수 있습니다. 또한 1억 화소의 디지털 카메라가 내장되어 가이아 우주 망원경은 20등급의 어두운 별까지 관측 가능이 가능합니다. 참고로 우리가 눈으로 볼 수 있는 한계 등급인 육안 한계 등급 6등급이기에 굉장히 어두운 별까지 관측할 수 있음을 알 수 있습니다. 또한 15등급보다 밝은 천체에 대해서는 꽤 정확한 위치를 측정할 수 있다고 합니다. 이러한 장비로 가이아 우주 망원경은 20억개의 천체를 관측했습니다. 20억 개라는 많은 별을 관측했는데 이는 은하수에 있는 별의 약 1%에 해당합니다.
그렇게 약 10년의 관측 데이터를 이용하여 우리는 현재 가장 정확한 은하수의 지도를 완성했습니다. 가이아 우주 망원경이 촬영한 별의 데이터를 바탕으로 완성된 현재 가장 정확한 우리 은하의 모습은 위와 같습니다. 우리 은하의 모습은 나선 팔이 두 개 이상이 있으며 나선 팔이 생각보다 두드러지지 않는다는 것을 알 수 있으며 은하 중심에 막대가 태양 쪽으로 더 기울어져 있다는 것도 확인할 수 있습니다.
가이아 우주 망원경은 2025년 3월 27일 임무를 마무리하며 이제 잠에 들었습니다. 원래는 5년의 임무 기간을 예상했지만 그보다 2배나 더 오래 활동하며 은하의 별을 관측했습니다. 그리고 오랜 시간동안 가이아 우주 망원경이 관측한 데이터는 2026년에 일부 공개되며 관측한 모든 데이터는 2030년에 모두 공개됩니다. 가이아의 관측은 끝났지만 그의 데이터는 앞으로 더 많은 연구를 이어줄 것입니다.
출처
그림 1 사진 출처: By Spacecraft: ESA/ATG medialab; Milky Way: ESA/Gaia/DPAC. Acknowledgement: A. Moitinho., CC BY-SA IGO 3.0, CC BY-SA 3.0 igo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=119243221
그림 2 사진 출처: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Last_starlight_for_ground-breaking_Gaia
그림 3 사진 출처: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia
참고 문헌
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia_overview
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Gaia_factsheet