은하 사이 흩어진 별빛, 망원경에 잡히다…Abell 3667 성간광 포착

은하단 내부에 부유하는 별빛이 망원경에 포착됐다. 특정 은하에 속하지 않고 우주 공간에 퍼진 이 미약한 빛은, 은하단 병합의 물리적 기록이자 구조 재편의 실측 신호다. 미국 DECam(Dark Energy Camera)은 28시간에 걸친 장시간 노출을 통해 Abell 3667 은하단에서 이 성간광(intracluster light)을 고해상도로 시각화하는 데 성공했다.

이번 관측은 중력 상호작용으로 은하들 사이에서 떨어져 나온 별들이 실제로 어디에, 어떻게 분포하고 있는지를 보여준다. 두 은하단이 병합 중인 중심부에는 중심 은하 간을 연결하는 다리 형태의 발광 구조가 나타났으며, 이는 병합 과정에서 물질이 제거되고 재조직된 직접적인 흔적이다.

중력으로 분리된 별들의 분포

Abell 3667은 지구에서 약 7억 광년 떨어진 위치에 있는 거대 은하단으로, 현재 두 개의 소규모 은하단이 병합 중이다. 중심 영역에는 두 중심은하(Brightest Cluster Galaxies, BCGs)를 연결하는 가느다란 성간광 구조가 형성돼 있으며, 이는 병합 중 중력에 의해 은하로부터 떨어져 나온 별들의 집합체로 해석된다.

이러한 성간광은 은하단 내부에서 일어나는 병합 및 상호작용 이력을 추적할 수 있는 지표다. 구조적으로는 암흑물질 분포와도 밀접하게 연관되며, 은하단 형성과 진화의 주요 정보를 담고 있다. 그러나 그 밝기는 일반적인 밤하늘의 표면광도보다 훨씬 낮아, 고감도 탐지 장비와 장시간 노출 없이는 검출이 불가능하다.

고감도 딥 이미징이 드러낸 구조

관측에 사용된 DECam은 미국 에너지부(DOE)에서 개발한 5억7천만 화소의 CCD 카메라로, 칠레에 위치한 블랑코 4m 망원경에 탑재되어 운용 중이다. DECam은 넓은 시야와 높은 감도로 어두운 천체를 효과적으로 포착할 수 있으며, 이번 Abell 3667 관측에서는 총 28시간에 걸친 노출을 통해 지금까지 촬영된 가장 깊은 이미지를 생성했다.

해당 이미지에는 Abell 3667의 성간광뿐만 아니라, 더 멀리 있는 배경 은하들과 다양한 광도 구조가 함께 포착되었다. 중심부의 성간광 다리는 단순한 시각적 현상이 아닌, 실제 물리적 물질 이동의 흔적으로 간주되며, 병합 중인 은하단의 중력 환경을 정량적으로 해석하는 데 중요한 단서를 제공한다.

이번 초심도 이미징에서는 Abell 3667 외에도 우리 은하 내부의 성간먼지 구조(Milky Way cirrus) 역시 선명하게 드러났다. 성간먼지는 우리 은하 내 별빛이 미세한 먼지 입자에 반사되며 발생하는 확산광 구조로, 일반적으로는 배경 흐림으로 작용하지만, 이번 장시간 노출 이미징에서는 필라멘트 형태로 명확하게 분해되어 나타났다.

이러한 foreground 구조는 외부 천체 관측 시 노이즈 요소로 간주되기도 하지만, 반대로 은하 내 물질 분포와 광 반사 특성을 이해하는 독립적 데이터로도 활용 가능하다. 또한 극초저광도 대상 탐지 시 성간먼지의 영향은 보정 및 마스킹에서 중요한 변수로 작용한다.

LSST, 성간광 통계 관측의 전환점

루빈 천문대는 단일 은하단이 아닌 남반구 전역을 대상으로, 10년에 걸쳐 같은 하늘을 수백 차례 반복 관측한다. 이 과정을 통해 얻은 방대한 다중 노출 이미지는 누적 합성(stack)되어, 기존 관측으로는 포착이 어려운 극저광도 구조까지 분해 가능하다.

DECam이 Abell 3667 하나의 은하단에서 28시간에 걸쳐 확보한 심도는, 루빈 천문대의 LSST 8년 차 누적 데이터와 유사한 수준이다. 그러나 루빈은 이 심도로 수만 개 은하단을 동시에 커버하며, 성간광의 통계적 특성, 은하단 병합 양상, 암흑물질 분포와의 상관성까지 대규모로 분석할 수 있는 기반을 제공한다.

또한, LSST는 이미지 기반 탐지에 그치지 않고, 구성 별들의 연령 분포, 금속함량, 운동 특성 등을 추론할 수 있는 분광 연구의 선별 지표로도 활용될 수 있다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

참고 논문: Anthony Englert et al, The Intracluster Light of Abell 3667: Unveiling an Optical Bridge in LSST Precursor Data, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2505.23551

자료: arXiv