은하 밖 분자 가스, 별의 재료로 유입되는 첫 장면 포착

• 외부 유입 분자 가스, 은하 M83의 별 생성

별을 만드는 분자 가스가 은하 바깥에서 날아와 실제로 은하 안으로 들어가는 장면이 처음으로 관측됐다.

이전까지 과학자들은 은하가 외부에서 가스를 공급받는다는 이론을 갖고 있었지만, 실제로 그 흐름을 본 적은 없었다. 그런데 이번에 미국 스토니브룩대학교와 도쿄대학교 공동 연구팀이 전파망원경 ALMA를 통해 남쪽 바람개비 은하(M83)를 관측한 결과, 은하 외부에서 날아든 분자 상태의 고속 가스 구름 10개가 포착됐다.

이 구름들은 은하의 회전 방향과 다른 경로로 빠르게 움직이고 있었다. 위치, 속도, 에너지 분포 등을 분석한 결과, 이들이 은하 내부에서 만들어진 것이 아니라 외부에서 유입됐다는 사실이 드러났다.

별 형성에 직접 쓰이는 분자 수소 유입 첫 관측

이번에 포착된 가스는 별의 형성에 핵심적인 분자 수소(H₂) 상태였다. 일반적으로 외부에서 유입되는 가스는 원자 상태가 많았지만, 분자 상태의 가스가 외부에서 직접 들어오는 장면이 관측된 것은 처음이다. 유입된 가스는 시속 수백 km 이상으로 은하 중심을 향해 낙하하고 있었고, 그 추력은 대형 무인기 엔진 수준인 약 1000N에 해당했다.

은하는 내부 가스만으로는 장기간 별을 만들 수 없다. 따라서 외부에서 지속적으로 가스가 공급되어야 별 형성이 계속될 수 있다. 이번 관측은 그 실제 사례를 처음으로 포착한 셈이다. 연구진은 특히 해당 구름들이 은하 내부 초신성과 같은 폭발 현상에서 비롯됐을 가능성을 검토했으나, 운동 에너지나 잔해 위치 등으로 볼 때 그런 설명은 불가능하다고 결론지었다.

우리 은하에도 적용 가능한 외부 가스 유입 경로 확인

M83은 나선팔 구조, 중심 팽대부, 별 생성 활동 등에서 우리 은하와 매우 유사하다. 연구팀은 이번 관측 결과가 우리 은하에도 적용될 수 있다고 보고 있다. 현재 우리 은하에서 계속 별이 만들어지는 배경에도 외부 분자 가스의 유입이 있을 수 있다는 것이다.

연구를 이끈 진 코다 교수는 “가스 구름이 실제로 유입되고, 그 일부가 별의 재료로 사용되고 있다는 사실을 명확하게 확인한 것”이라며 “이러한 공급이 없었다면 은하는 오래전에 별 생성 능력을 잃었을 것”이라고 말했다.

연구팀은 앞으로 M83 주변에 퍼져 있는 더 많은 고속 분자 가스를 분석해, 그것들이 어디서 왔고 어떻게 모이며 별로 바뀌는지까지 추적할 계획이다. 이번 결과는 2025년 ‘The Astrophysical Journal’에 발표됐다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

참고 논문: Maki Nagata et al, High-velocity Molecular Clouds in M83, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/addab7

자료: Astrophysical Journal