거대한 파도가 은하수를 통해 물결치고 있는데, 과학자들은 그 이유를 모릅니다.

약 100년 동안 천문학자들은 은하수의 별들이 중심을 공전한다는 사실을 알고 있었으며 가이아는 은하수의 속도와 궤적을 정확하게 추적했습니다. 1950년대 이후 과학자들은 은하 원반이 편평하지 않고 휘어져 있다는 사실도 인식해 왔습니다. 그러다가 2020년에 가이아는 이 뒤틀린 원반이 팽이의 움직임과 유사하게 시간이 지남에 따라 천천히 진동한다는 사실을 발견했습니다.

이제 연구자들은 은하수를 통과하여 태양으로부터 수만 광년 떨어진 별에 영향을 미치는 거대한 파도를 확인했습니다. 이 현상은 연못에 바위를 떨어뜨리면 그 결과로 생긴 잔물결이 바깥쪽으로 퍼지는 것과 같습니다. 여기서만 “잔물결”은 별들로 이루어져 은하계 외부 지역을 가로질러 뻗어 있습니다.

새롭게 드러난 파동은 위의 그림과 같습니다. 빨간색과 파란색으로 표시된 수천 개의 밝은 별이 가이아의 상세한 은하수 지도 위에 겹쳐져 있습니다.

왼쪽 이미지에서 우리는 우리 은하를 하향식 관점에서 봅니다. 오른쪽 패널은 은하계 평면을 수직으로 절단한 측면도를 보여줍니다. 이 각도에서 보면 은하의 왼쪽 부분은 위로 휘어지고 오른쪽 부분은 아래로 휘어집니다(이것이 원반의 휘어짐입니다). 빨간색과 파란색 영역은 새로 발견된 파동을 표시합니다. 빨간색 영역은 뒤틀린 평면 위에 위치한 별을 나타내고 파란색 영역은 그 아래에 있는 별을 나타냅니다.

어떤 우주선도 은하계 너머로 모험을 떠날 수는 없지만, 3가지 공간 차원(3D)과 3가지 운동 구성 요소(우리로부터 멀어지는 방향, 하늘을 가로지르는 방향)를 모두 포괄하는 가이아의 놀랍도록 정확한 측정을 통해 과학자들은 은하수의 하향식 및 가장자리 뷰를 구성할 수 있습니다.

이 지도는 파동이 원반의 광대한 부분에 걸쳐 확장되어 은하 중심에서 약 30,000~65,000광년 떨어진 별에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다(은하 자체의 너비는 약 100,000광년입니다).

“이를 더욱 설득력 있게 만드는 것은 가이아 덕분에 은하 원반 내 별의 움직임도 측정할 수 있는 우리의 능력입니다.”라고 이탈리아 천체물리학연구소(INAF)의 천문학자이자 파동을 발견한 과학자 팀을 이끌었던 Eloisa Poggio는 말합니다.

“흥미로운 부분은 3D 공간에서 파동 구조가 시각적으로 나타나는 것뿐만 아니라 그 안에 있는 별의 움직임을 분석할 때 파동과 같은 동작을 한다는 것입니다.”

아래에 연결된 은하수의 가장자리 보기(“움직이는 은하수의 큰 파도”)에서 흰색 화살표는 별이 어떻게 움직이는지 보여줍니다. 별의 수직 움직임(화살표로 표시)은 위치 패턴(빨간색과 파란색으로 표시)에 비해 약간 옆으로 이동합니다.

“이번 관찰된 행동은 우리가 파도에서 기대하는 것과 일치합니다”라고 Eloisa는 설명합니다.

그녀는 이 현상을 경기장 관중이 파도를 치는 모습에 비유합니다. 그 순간을 정지시킬 수 있다면 어떤 사람은 꼿꼿이 서 있을 것이고, 어떤 사람은 (파도가 지나간 후) 그냥 앉아 있을 것이고, 어떤 사람은 (파도가 다가올 때) 막 서 있을 것입니다. 은하계의 시간 척도는 훨씬 길지만 원리는 비슷합니다.

이 비교에서 똑바로 서 있는 사람들은 가이아 지도의 빨간색 영역에 해당하는 반면, 가장 빠른 수직 속도로 위쪽으로 이동하려는 사람들은 파도의 꼭대기 바로 앞을 가리키는 가장 긴 흰색 화살표로 표시됩니다.

Eloisa와 그녀의 팀은 가이아가 먼 거리에서 쉽게 관찰할 수 있도록 예측 가능한 방식으로 밝기가 달라지는 젊은 거성과 세페이드 별을 주의 깊게 연구하여 이 놀라운 움직임을 감지했습니다.

이 별들은 파도와 함께 움직이는 것처럼 보이기 때문에 연구자들은 은하 원반의 가스도 이 대규모 운동에 참여할 수 있다고 의심합니다. 새로 형성된 별은 자신이 태어난 가스로부터 정보를 유지하여 파동에 대한 일종의 “기억”을 보존할 수 있습니다.

은하계의 광대한 진동의 원인은 아직 불확실합니다. 한 가지 가능성은 은하수가 과거에 더 작은 왜소은하와 조우 또는 충돌을 경험했다는 것입니다. 그러나 이를 확인하려면 추가 분석이 필요합니다.

새로 발견된 이 “큰 파도”는 태양으로부터 약 500광년 떨어져 있고 너비가 약 9,000광년에 달하는 래드클리프 파동(Radcliffe Wave)으로 알려진 더 작은 물결 모양 구조와 어느 정도 연결되어 있을 수도 있습니다.

“그러나 래드클리프 파동은 훨씬 더 작은 필라멘트이며 우리 작업에서 연구된 파동(대파보다 태양에 훨씬 더 가깝습니다)과 비교하여 은하 원반의 다른 부분에 위치합니다. 두 파동은 관련이 있을 수도 있고 없을 수도 있습니다. 이것이 바로 우리가 더 많은 연구를 하고 싶은 이유입니다.”라고 Eloisa는 덧붙입니다.

ESA의 Gaia 프로젝트 과학자인 Johannes Sahlmann은 “다가오는 Gaia의 네 번째 데이터 릴리스에는 세페이드와 같은 변광성을 포함하여 은하계 별에 대한 훨씬 더 나은 위치와 움직임이 포함될 것입니다. 이는 과학자들이 더 나은 지도를 만드는 데 도움이 될 것이며 이를 통해 우리 은하의 이러한 특징적인 특징에 대한 이해를 향상시킬 것입니다”라고 말했습니다.