📌 먼치 POINT

지구의 우주적 주소 체계

• 태양계 → 우리은하 → 국부은하군 → 처녀자리 초은하단 → 라니아케아 초은하단

• 각 단계별 규모와 특성, 상호 운동 관계

• 라니아케아 초은하단: 지름 약 5억 광년의 거대 구조

우주 거대 구조의 형성과 특징

• 빅뱅 이후 미세한 불균일성이 중력에 의해 거대 구조로 성장

• 은하단, 필라멘트, 우주 장벽, 거대 공동으로 구성된 우주 거미줄

• 중력이 만든 우주의 건축물과 물질 분포

관측 한계와 초기 우주

• 관측 가능한 우주: 지름 약 930억 광년, 초은하단 천만 개

• 빅뱅 후 38만 년까지는 관측 불가능한 불투명 상태

• 우주 배경 복사: 관측 가능한 가장 오래된 빛의 흔적

지구의 우주적 주소 체계

지구의 우주적 주소

지구 태양계, 오리온 자리 나선팔 우리은하 국부 은하군 처녀자리 초은하단 라니아케아 초은하단. 이것은 다른 사람에게 어느 장소의 위치를 알려줄 때 표현하는 방식입니다. 예를 들어 미국 항공우주국 나사의 본부는 워싱턴 DC, USA에 있습니다. 나사 본부는 미국의 워싱턴 DC라는 도시에 있는 거리에 300번지에 있다는 뜻입니다.

우주 구조의 이해

마찬가지로 지구는 라니아케아 초은하단에 처녀자리 초은하단에 국부 은하군의 우리 은하에, 오리온 자리 나선팔에 태양계에 있다는 말이 됩니다. 지구에서 시작해 규모를 확장해 대 여섯 개의 상위 구조물을 거친 결과입니다. 그 마지막에 라니아케아는 측정이 불가능할 정도로 넓은 천상이라는 뜻의 하와이어입니다. 이렇게 방대한 규모를 이해하기 위해서는 우주의 하위 구조물과 이들이 모여 만들어내는 상위 구조의 개념을 이해해야 합니다. 태양계가 속한 우리 은하에는 태양과 같은 별이 수천억 개 있습니다. 대부분의 별이 은하 원반의 나선팔에서 태어나는데, 태양계 역시 오리온 자리 나선팔에서 태어났습니다.

태양계와 우리은하

태양계의 은하 공전

태양계는 은하 중심에서 약 3만 광년 떨어진 곳에서 초속 약 220킬로미터의 속도로 은하 중심을 공전하고 있습니다. 지구가 태양을 공전하는 속도가 초속 약 30킬로미터이니 7배 이상 빠릅니다. 은하 중심을 공전하는 별과 가스는 주로 중심에서 5만 광년 안에 있으며, 눈에 보이지 않는 정체불명의 암흑물질은 약 100만 광년까지 뻗어나갑니다.

가까운 이웃 안드로메다 은하

여러모로 우리 은하와 특성이 비슷하고 가까운 이웃인 안드로메다 은하는 지구에서 약 250만 광년 떨어져 있습니다. 이웃 은하라고 해도 한쪽 은하에서 초신성이 폭발하면 250만 년이 지나서야 다른 은하에서 그 빛을 볼 수 있습니다. 우리 은하와 안드로메다 은하는 중력으로 서로 잡아당기고 있으며 초속 110킬로미터의 속도로 가까워지고 있습니다. 약 40억 년 뒤에 두 은하는 충돌해 하나의 은하가 될 운명입니다.

은하군에서 초은하단까지

국부 은하군

우리 은하와 안드로메다 은하를 포함해 그 주변에 있는 수십여 개의 작은 은하 무리를 국부 은하군이라고 합니다. 국부 은하군의 지름은 약 천만 광년입니다. 국부 은하군은 약 5천만 광년 떨어진 처녀자리 은하단에 초속 400킬로미터의 속도로 끌려가고 있습니다.

처녀자리 은하단

처녀자리 은하단은 국부 은하군에서 가장 가까운 은하단으로 수천 개의 은하를 거느리고 있습니다. 거대한 질량으로 국부 은하군을 포함한 여러 은하군과 은하단을 잡아당기고 있습니다. 국부 은하군은 약 500억 년 뒤면 처녀자리 은하단에 합쳐지게 됩니다. 처녀자리 은하단에 끌려가고 있는 은하군 및 은하단을 통틀어 처녀자리 초은하단이라고 부릅니다. 지름 1억 광년에 달하는 규모입니다. 이 거대한 처녀자리 초은하단조차 거대 인력체라고 불리는 영역을 향해 초속 600킬로미터의 속도로 끌려가고 있습니다. 셰플리 초은하단을 포함해 이를 향해 움직이는 서너 개의 초은하단과 수십 개의 은하단을 라니아케아 초은하단이라고 합니다. 라니아케아 초은하단의 지름은 약 5억 광년으로 추정하고 있습니다.

우주 거대 구조의 비밀

관측 가능한 우주

본래는 끝이 없는 무한한 우주지만 빛의 유한한 속도 때문에 관측 가능한 우주의 크기 역시 유한합니다. 현재 관측 가능한 우주의 지름은 약 920억 광년이며, 이 영역 안에는 초은하단이 천만 개가량 있습니다. 그 너머의 영역에 관해서는 우리가 절대 알 수 없으니 우리와 인과적으로 단절된 영역입니다.

우주 거대 구조의 형성

맑은 밤하늘에는 수많은 별이 빛납니다. 우리 은하에는 이런 별이 수천억 개 있습니다. 우주에는 우리 은하 외에도 수많은 은하가 있습니다. 관측 가능한 우주에는 수천억 개의 은하가 있다고 합니다. 별이 모여 은하를 이루듯 은하도 특정 영역에 모여 있습니다. 둥글게 뭉쳐 있는 것도 아니고 우주 전체에 걸쳐 독특한 구조를 이루며 모여 있습니다. 크게 보면 은하는 서로 모여서 더 큰 구조를 이룹니다. 그물 혹은 거품을 닮은 이 거대한 구조를 우주 거대 구조라 합니다. 거미줄을 닮아 우주 거미줄이라고도 합니다. 이 우주 거대 구조는 은하가 수십에서 수천 개 모인 은하단, 은하들이 줄지어 늘어서면서 은하단 사이를 연결하는 필라멘트, 은하가 밀집해 거대한 벽을 이루는 우주 장벽, 은하가 거의 존재하지 않는 우주의 거대 공동으로 이루어져 있습니다.

초기 불균일성과 중력

태초에는 물질이 우주의 전 영역에 고르게 분포했습니다. 빅뱅 우주론에 따르면 우주는 손톱보다도 작은 한 점에서 대폭발과 함께 시작됐습니다. 이후 우주 급팽창을 거쳐 138억 년 동안 지속적으로 팽창해 지금과 같은 크기에 이르렀습니다. 그런데 태초의 우주에는 미세한 불균일성이 도사리고 있었습니다. 만약 이러한 불균일성이 없었다면 우주에는 그 어떤 천체도 만들어지지 않았을 것입니다.

관측의 한계와 초기 우주

초기 우주의 불투명성

우주가 항상 전체적으로 투명했던 것은 아닙니다. 지금으로부터 약 138억 년 전 빅뱅 이후 약 38만 년이 지난 우주는 마치 먹구름이 가득 낀 모습이었습니다. 아니 오히려 밝게 빛나는 구름이라고 할까요. 지금은 우주 전체에 넓게 퍼져 있는 물질과 빛이 그때는 지금보다 훨씬 작은 크기의 우주에 꽉 차 있었습니다. 이때의 우주를 바라보면 어디서나 밝고 뿌연 빛만 보일 것입니다. 마치 밝게 빛나지만 속은 전혀 볼 수 없는 구름의 겉모습처럼요. 물질 전체가 빛이 휘몰아치는 대로 이리저리 끌려 다녔습니다. 우주는 마치 빛이라는 강력한 황제에게 지배받는 제국과 같았습니다.

우주 배경 복사

드디어 빅뱅으로부터 38만 년이 지났을 때 광자는 이제 물질을 이루는 기본 입자 중 가장 가벼운 전자마저도 마음대로 움직일 수 없게 되었습니다. 이로써 지난 38만 년간 우주 전체를 지배하던 빛의 제국에서 물질이라는 민족이 완전히 독립하게 되었습니다. 우리가 볼 수 있는 가장 먼 과거의 빛은 바로 빅뱅으로부터 38만 년이 지났을 때의 빛입니다. 이때 하늘의 모든 방향에서 보이는 이 빛을 과학자들은 우주 배경 복사라고 부릅니다. 우리가 관측할 수 있는 가장 오래된 빛의 흔적인 것입니다.

맺으며:끝없는 우주를 향한 관측의 여정

우주는 무한하지만, 우리가 볼 수 있는 세계는 한정되어 있다. 그 한계를 넘어서려는 인간의 탐구야말로 우주가 만든 가장 위대한 현상입니다.

Created by 카오스 사이언스
CC BY 라이선스 | 교정 SENTENCIFY | 에디터 이다은