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‘안드로메다은하’는 팬케이크?

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‘안드로메다은하’는 팬케이크?

2013.01.06 00:00
가을 초저녁 동쪽하늘에서 볼 수 있는 안드로메다 은하. 250만 광년이나 떨어져 있지만 그래도 나선은하 중에서는 우리와 가장 가깝다. 이번 주 네이처의 표지에는 안드로메다에 대한 연구 결과가 실렸다. 이 은하를 수년 간 관측한 국제공동연구진이 새로운 ‘우주의 질서(cosmic order)’를 발견했다는 내용이다. ‘판안드로메다 고고학 연구(Pan-Andromeda Archaeological Survey·PAndAS)’의 연구진은 안드로메다은하 M31(Messier 31)을 중심으로 ‘난쟁이 은하’ 무리가 거대한 원반 형태(디스크·disk)로 정렬돼 회전하고 있다는 내용을 발표했다. 30개 정도의 작은 은하가 마치 ‘팬케이크’처럼 납작한 형태로 정렬돼 공전한다는 것이다. 안드로메다은하나 우리은하 같은 거대한 은하의 주변에는 작은 은하단이 공전한다는 것은 이미 알려졌다. 작은 은하단의 밝기는 중심 은하보다 10~1000배 정도 희미하며, 각각의 은하의 공전은 독립적이라는 게 일반적인 생각이었다. 천문학자들은 이 모습을 ‘벌떼가 벌집 주변에서 윙윙거리는 것’과 비슷하다고 예상했다. 그러나 이번 관측 결과는 이런 난쟁이 은하들도 태양계 행성들처럼 일정한 질서를 가지고 회전한다는 걸 보여준다. 이들은 최대 100만 광년 너머까지 대규모로 평평한 구조를 이루며 공전하고 있었다. 작은 은하가 중구난방으로 공전할 것이라는 기존 예상을 뒤집은 것이다. 이번 발견은 대규모 은하가 형성되는 과정에서 난쟁이 은하가 살아남은 이유도 설명할 수 있다. 원래 은하는 암흑물질(헤일로라고도 불림)에서 조그맣게 탄생해 시간이 흐르면서 이웃의 작은 은하를 잡아먹고 커진다. 이렇게 된다면 주변에 난쟁이 은하가 존재하기 어렵다. 하지만 이번 관측 결과처럼 난쟁이 은하들이 일정한 질서를 가지고 원반 형태를 따라 공전한다면 꼭 거대 은하에 합쳐지지 않아도 된다. 연구를 주도한 로드리고 리바타 박사(Rodrigo Ibata) 박사는 “난쟁이 은하들은 작지만 우주에서 수많은 형태로 존재하기 때문에 이들을 이해하는 것은 은하 생성에 대한 새로운 통찰을 제시할 것”이라고 말했다. 한편 판안드로메다 고고학 연구는 2008년부터 2011년까지 ‘캐나다-프랑스-하와이 우주망원경(Canada-France-Hawaii Telescope)을 이용해 안드로메다은하(M31, M33)를 관측하고 은하의 구조와 형성 비밀을 풀기 위한 프로젝트였다. 캐나다-프랑스-하와이 우주망원경은 하와이에 있는 휴화산인 마우나케아산 정상에 있으며, 이번 관측은 이 망원경에 있는 광시야 영상카메라인 메가캠(MegaCam)을 이용했다. 하와이 W. M. 켁 천문대(W. M. Keck Observatory)도 함께 관측했다. 이번 주 ‘사이언스’ 표지는 보기만 해도 섬뜩한 ‘악어의 눈과 그 아래 보이는 비늘’이 차지했다. 악어 머리를 뒤덮고 있는 울퉁불퉁한 비늘이 생성된 비밀이 실렸기 때문이다. 스위스·프랑스·벨기에 연구자로 이뤄진 국제공동연구진은 악어 머리에 있는 비늘이 유전적으로 결정돼 생기는 게 아니라 두개골이 계속 발달하는 동안 피부에 생긴 균열 때문이라는 걸 밝혀 이번 주 사이언스에 실었다. 보통 파충류의 비늘은 ‘비늘 원시세포(primordium)’로 알려진 세포가 발달하면서 생긴다. 비늘 각 단위는 유전적인 힘에 의해 DNA에 묘사된 모양과 색깔로 자라게 된다. 이는 악어도 마찬가지이지만 악어 머리를 덮고 있는 비늘에는 적용되지 않는다. 악어 머리의 비늘은 비늘 원시세포에 따라 발생하는 규칙적인 무늬가 아니라 매우 불규칙한 균열을 보인다. 이런 혼란스러운 무늬가 생긴 이유가 다른 이유가 있을 거라고 생각한 연구진은 조사에 들어갔다. 우선 어린 악어 15마리의 머리를 거의 모든 각도에서 촬영해 초고해상도 사진을 얻었다. 이 사진으로 3D 모델을 만든 후 비늘 사이에 갈라짐이 생긴 부분에 선을 그렸다. 이 선을 무늬 인식 소프트웨어로 분석하자 무늬를 따라 그려진 다각형이 ‘자연적인 균열’이라는 결과가 나왔다. 마치 진흙이 마르거나 도자기가 깨질 때와 비슷한 무늬라는 것이다. 다음으로 연구진은 실험실에서 악어의 배아 발달을 연구했다. 특히 얼굴과 목과 머리의 다른 부분을 전체적으로 덮고 있는 임의로 울퉁불퉁하게 발달된 ‘피부의 압력 센서(Dermal Pressure Sensors·DPS)’를 자세히 관찰했다. 그런데 비늘 원시세포는 결코 발생하지 않았다. 그 대신 두꺼운 피부가 울퉁불퉁한 피부의 압력 센서 주변에서 발달했다. 두개골이 자라자 볼룩 튀어나온 부분 사이에 홈이 파이기 시작했고, 이런 홈들이 서로 연결됐다. 이런 홈이 점차 깊어짐에 따라 악어는 우리에게 친숙한 갖췄다. 흔히 ‘악어’하면 떠오르는 피부가 울퉁불퉁한 비늘로 뒤덮인 모습이 된 것이다. 연구진은 이번 발견이 생물이 발달하는 데 유전적인 결정과 환경의 물리적·화학적인 영향이 서로 작용하는 걸 연구하는 데 많은 정보를 제공한다고 설명했다. 아래는 악어 머리의 비늘에 대한 동영상이다.

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