은하계도 자전을 할까?

태양에서부터 소행성에 이르기까지 태양계에서 우리가 아는 모든 천체는 자전을 한다.

단지 어떤 천체가 더 빠른 속도로 자전하느냐의 차이가 있을 뿐이다.

여기서 우리는 다른 별들도 자전하지 않을까 생각할 수 있다.

또 은하계 전체가 자전하는 것은 아닐까 생각도 할 수 있다.

그런데 어떻게 그것을 알 수 있을까?

 

천문학자들은 한때 3차원 공간에서의 몇몇 별의 움직임을 연구하면서 별들이 결코 아무 방향으로나 멋대로 움직이는게 아니라는 사실을 밝혀냈다.

1904년 네덜란드의 천문학자 야코부스 코르넬리우스 캅테인은 북두칠성에 속한 한 무리의 별과 다른 곳의 별들이 거의 비슷한 방향으로 움직인다는 사실을 알아냈다.

또, 별들의 움직임에는 두 가지 방향이 있다는 것도 알아냈다.

하나는 북두칠성에 속한 별과 같은 방향으로 움직이는 것이고, 다른 하나는 그 반대 방향으로 움직이는 것이다.

 

별들이 움직이는 두 방향에 대해 다음과 같이 설명할 수 있다.

은하계 내의 별들은 모두 은하계의 중심을 축으로 하여 돌고 있다.

은하계의 중심에서 태양보다 가까운 별은 태양보다 빨리 돌기 때문에 비록 상대적인 속도 차는 있지만 하나같이 태양 앞쪽의 한 점을 향해 움직이는 것처럼 보인다.

또, 은하계 중심에서 태양보다 멀리 떨어진 별은 태양보다 천천히 돌기 때문에 중심에서 가까운 별과는 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보인다.

그러므로 모든 별이 은하계의 중심을 축으로 하여 같은 방향으로 돌고 있다면, 비록 속도의 차는 있지만 은하계 자체가 자전한다고 말할 수 있다.

우리는 은하계의 자전을 통해 중대한 결론 하나를 이끌어낼 수 있다.

은하계의 중심으로 가면 갈수록 많은 별들이 몰려있고 별들 사이의 거리도 짧아질 거라는 믿을만한 근거를 확보하게 된 것이다.

실제로 은하계의 중심부에는 상대적으로 작은 부피 속에 은하계 전체 질량의 90% 정도가 밀집되어 있다.

따라서 은하계 중심에서 멀리 떨어진 별들은 마치 태양계에서 행성들이 태양 주위를 돌듯, 밀집된 은하계 중심부의 둘레를 도는  셈이 된다.

 

오르트는 은하계의 자전을 설명하면서 2~3억년을 주기로 태양이 은하계 중심을 공전한다는 것을 증명했다.

우리는 이 공전 주기와 태양과 은하계 중심 간의 거리로부터 은하계 중심부에 밀집된 별들의 질량을 구할 수 있다.

 

현재 은하계의 질량은 은하계가 단지 별 만으로 이루어졌다고 할 때 태양 질량의 1천억 배 정도라고 알려져 있다.

그렇다고 은하계 내에 태양과 같은 별이 1천억 개 있다는 뜻은 아니다.

은하계에 속한 별들의 3/4이 왜성이고, 그 중 90%는 태양보다 가볍다.

그러므로 별들의 평균 질량이 태양 질량의 반 정도라고 할 때, 은하계 안에는 약 2천억 개의 별이 있는 셈이다.