은하 조석
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1. 개요
은하 조석은 은하가 다른 은하나 은하 내 천체에 미치는 중력적인 영향으로, 은하의 형태 변형, 합병, 그리고 천체의 궤도 변화를 일으킨다. 두 은하가 가까워지면 조석력에 의해 조석 꼬리가 형성되며, 위성은하는 은하 조석의 영향을 크게 받아 형태가 변형되거나 항성 및 기체를 잃기도 한다. 우리 은하 내 천체, 특히 오르트 구름의 혜성 형성에 영향을 미치며, 은하 조석은 오르트 구름의 모양을 변형시키고 미행성의 궤도를 변화시켜 혜성 발생에 기여한다.
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| 은하 조석 | |
|---|---|
| 현상 개요 | |
| 유형 | 조석력 |
| 관련 대상 | 은하, 왜소 은하, 구상 성단 |
| 주요 효과 | 은하 및 구상 성단의 형태 변형, 항성 스트리밍 현상 유발 |
| 상세 내용 | |
| 정의 | 은하의 중력장 내에서 물체가 겪는 조석력 |
| 작용 원리 | 은하 중심으로부터의 거리에 따른 중력 차이로 발생 |
| 영향 | 왜소 은하 및 구상 성단의 붕괴, 은하의 헤일로 형성 |
| 관련 연구 | |
| 연구 분야 | 은하 역학, 항성 역학 |
| 주요 목표 | 은하 형성 및 진화 과정 이해, 암흑 물질 분포 추정 |
| 추가 정보 | |
| 참고 | 은하 조석력은 행성이나 위성에서 나타나는 일반적인 조석력과 유사한 원리로 작용하지만, 그 규모와 대상이 은하 규모로 확장된 현상임. |
2. 외부 은하의 영향
외부 은하는 조석력을 통해 다른 은하의 형태와 진화에 큰 영향을 미친다.
조석력은 중력장의 세기가 아닌 기울기에 의존하기 때문에, 은하 주변에서 가장 강하게 나타난다. 특히, 충돌하거나 가까이 지나가는 두 큰 은하는 매우 큰 조석력을 받게 된다.
두 은하가 상호작용할 때, 조석력은 각 은하를 방해하는 천체를 향하거나 멀어지는 축을 따라 왜곡시킨다. 이러한 왜곡된 영역은 은하의 차등 회전에 의해 찢겨져 은하간 공간으로 흩어지며 '''조석 꼬리'''를 형성한다.
조석 효과는 위성은하에 특히 강하게 나타난다. 위성 은하는 조석력에 의해 내부 구조와 운동이 크게 영향을 받으며, 심한 경우 조석 박리 현상을 겪어 별과 가스가 찢겨 나가기도 한다. 안드로메다 은하의 위성 은하인 M32는 나선팔을 조석 박리로 잃었을 가능성이 있으며, 남아있는 핵에서의 높은 별 형성은 조석 유도 운동의 결과일 수 있다.[4]
왜소 위성은 여러 번 모은하를 공전하거나 궤도가 너무 가까울 경우, 완전히 파괴되어 더 큰 천체를 감싸는 별과 가스의 조석 흐름을 형성할 수 있다.
2. 1. 은하 간의 충돌
두 은하가 가까이 접근하면 서로에게 강력한 조석력을 가하여 형태를 변형시키고, 심지어 합병을 일으키기도 한다. 이러한 현상은 우주의 진화 과정에서 중요한 역할을 한다.두 은하가 정면으로 충돌하는 경우는 드물지만, 조석력은 각 은하를 서로를 향하거나 멀어지는 방향으로 왜곡시킨다. 두 은하가 잠시 서로 공전하면서 각 은하의 주 몸체에서 떨어져 나간 영역들은 차등 회전에 의해 찢겨져 은하간 공간으로 흩뿌려지며, 이를 '''조석 꼬리'''라고 부른다.[22] 조석 꼬리는 보통 굽은 형태를 띠지만, 옆에서 관측할 경우 직선처럼 보일 수 있다. 꼬리를 구성하는 별과 가스는 은하 원반에서 주로 공급된다.[1]
달이 지구에 두 개의 조석 팽대부를 만드는 것처럼, 은하 역시 상호작용하는 은하에 두 개의 조석 꼬리를 생성한다. 방해받는 은하의 질량이 상대 은하와 비슷하거나 작으면 긴 꼬리가 형성되지만, 질량이 훨씬 크면 꼬리가 비교적 작게 형성되고, 대신 '''다리'''라고 불리는 앞쪽 팔이 더 두드러진다.[1] 조석 다리는 꼬리보다 구별하기 어려운데, 이는 다리가 빠르게 은하에 흡수되거나, 관측 시점에 따라 가려질 수 있기 때문이다.[2] 꼬리가 양쪽 은하에 모두 연결된 형태인 '''조석 루프'''는 더욱 관측하기 어렵다.[23]
조석 꼬리의 대표적인 예시로는 생쥐 은하와 더듬이 은하가 있다.
2. 2. 위성 은하
은하의 조석력은 은하에 가까워질수록 강해지기 때문에, 위성은하가 제일 큰 영향을 받는다. 조석력을 받은 위성은하는 회전 방향과 속도, 질량-광도 관계의 이상 등 관측할 수 있는 이상 현상을 보이며,[24] 위성은하에서 항성과 기체가 옆 은하로 넘어가기도 한다. 안드로메다 은하의 위성은하인 메시에 32는 바깥 나선팔을 안드로메다 은하에 잃었고, 은하 중심부의 분자운을 압축해 항성 형성이 촉진되었다.[25]
나선팔을 잃는 과정은 기본적으로 꼬리가 생기는 과정과 같지만, 질량 차이가 크기 때문에 실질적으로 한쪽 은하에만 영향이 나타난다. 위성은하가 매우 작을 경우에는 조석 꼬리의 모양이 대칭으로 나타나며, 위성은하의 뒤를 따라가는 모양이 된다.[26] 하지만 위성은하의 질량이 중심 은하 질량의 1만 분의 1 이상이라면, 위성은하 자체의 중력이 꼬리에 영향을 주어 꼬리가 비대칭하게 여러 방향으로 퍼져나간다. 최종적으로 형성되는 구조는 위성은하의 질량과 궤도, 중심 은하 주변 암흑물질 헤일로의 질량과 구조에 영향을 받으며, 은하 암흑물질의 위치 에너지를 연구할 방법으로 각광받고 있다.[27]
만약 왜소은하가 큰 은하에 너무 가까이 접근하거나, 오랜 기간 동안 한 은하를 돌면, 은하의 형태가 완전히 무너져 중심 은하를 감싸는 선 형태로 변하기도 한다. 또한, 안드로메다 은하 등 일부 은하의 은하원반은 여러 왜소은하가 이 과정을 거치며 완전히 흡수된 결과물로 보기도 한다.[28]
3. 은하 내 천체의 영향
은하 조석력은 은하 내부에 있는 천체, 특히 항성이나 행성계의 외곽 영역에 큰 영향을 미친다. 항성계 외곽에서는 중심 별의 중력이 약해지기 때문에 은하 조석력이 상대적으로 더 큰 영향을 미치게 된다. 태양계의 경우, 장주기 혜성의 근원지로 추정되는 오르트 구름이 여기에 해당한다.
3. 1. 오르트 구름
항성이나 행성계 형성에는 은하의 조석력이 큰 영향을 미친다. 보통 항성계에서는 중심 항성만이 중력적 영향력을 발휘하지만, 항성계 최외곽에서는 은하 조석의 영향이 커진다. 태양계의 경우, 장주기 혜성의 근원지로 추정되는 오르트 구름이 여기에 해당한다.오르트 구름은 약 1광년 거리에 있는, 태양계를 둘러싼 거대한 구름으로, 태양과의 거리가 멀어 우리 은하 자체의 조석력이 상당한 영향을 준다. 이로 인해 오르트 구름은 은하 중심 방향으로 찌그러진 형태가 된다. 이 거리에서는 태양의 중력이 약해 은하 조석력만으로도 미행성이 교란을 받아 태양계 안쪽으로 들어오게 된다.[29] 오르트 구름의 미행성은 주로 암석과 얼음이 섞인 천체로, 안쪽으로 들어오면 얼음이 증발하며 혜성이 된다.
은하 조석이 태양계 바깥쪽의 미행성을 더 바깥으로 끌어내 오르트 구름 형성에 도움을 주었을 가능성도 제기된다.[30] 은하 조석의 영향은 복잡하며, 각 천체의 반응이 더 중요하지만, 오랜 시간 효과가 누적되면 큰 영향을 미친다. 현재 오르트 구름에서 오는 혜성 중 90% 가량이 은하 조석이 원인이라고 추정된다.[31]
3. 2. 행성계 형성
은하 조석력은 항성이나 행성계 형성에도 큰 영향을 준다. 일반적인 항성계에서는 중심 항성의 중력이 지배적이지만, 항성계 외곽에서는 은하 조석의 영향이 커진다. 태양계의 경우, 장주기 혜성의 근원지로 추정되는 오르트 구름이 이러한 영향을 받는 대표적인 예이다.오르트 구름은 태양계를 둘러싼 거대한 구름으로, 반지름이 약 1광년에 달한다. 이처럼 태양과의 거리가 멀기 때문에 우리 은하 자체의 조석력이 상당한 영향을 미친다. 은하 조석력은 오르트 구름을 은하 중심 방향으로 찌그러뜨리는 역할을 한다. 이 거리에서는 태양의 중력이 약해 은하 조석력만으로도 미행성들이 교란을 받아 태양계 안쪽으로 들어오게 된다.[29],[8],[19] 이 미행성들은 주로 암석과 얼음으로 구성되어 있으며, 태양계 안쪽으로 들어오면서 얼음이 증발하여 혜성이 된다.
또한 은하 조석은 태양계 바깥쪽의 미행성을 더 바깥으로 끌어내 오르트 구름 형성에 기여했을 가능성도 제기된다.[30],[9],[20] 은하 조석의 영향은 복잡하며, 행성계 내 각 천체의 반응에 따라 달라진다. 하지만 오랜 시간에 걸쳐 효과가 누적되면 큰 영향을 미치는데, 현재 오르트 구름에서 오는 혜성의 최대 90%가 은하 조석 때문이라고 추정된다.[31],[10],[21]
4. 추가 설명
조석 효과는 은하 내부에서도 나타나며, 이곳에서 기울기가 가장 가파를 가능성이 높다. 이는 별과 행성계의 형성에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로 별의 중력은 자체 계 내에서 지배적이며, 다른 별의 통과만이 역학에 실질적인 영향을 미친다. 그러나 계의 외곽에서는 별의 중력이 약해지고 은하 조석이 상당한 영향을 미칠 수 있다. 태양계에서 대부분의 장주기 혜성의 근원인 이론적인 오르트 구름은 이 과도적인 영역에 놓여 있다.[8]
오르트 구름은 태양계를 둘러싼 광대한 껍질로, 반지름이 광년 이상일 수 있다. 이렇게 광대한 거리에 걸쳐, 우리 은하의 중력장의 기울기가 훨씬 더 눈에 띄는 역할을 한다. 이 기울기 때문에 은하 조석은 구형이었을 오르트 구름을 변형시켜 은하 중심 방향으로 구름을 늘리고 다른 두 축을 따라 압축할 수 있는데, 이는 지구의 달의 중력에 반응하여 팽창하는 것과 같다.
태양의 중력은 이러한 거리에서 충분히 약하기 때문에 이러한 작은 은하 섭동만으로도 일부 미행성이 그렇게 먼 궤도에서 벗어나 태양과 행성을 향하게 하여 근일점을 상당히 줄일 수 있다.[8] 암석과 얼음 혼합물로 구성된 이러한 천체는 내태양계에 존재하는 증가된 태양 복사에 노출되면 혜성이 된다.
은하 조석이 큰 원일점을 가진 미행성의 근일점을 증가시켜 오르트 구름의 형성에 기여할 수도 있다는 주장이 제기되었다.[9] 이는 은하 조석의 효과가 매우 복잡하며, 행성계 내 개별 천체의 행동에 크게 의존한다는 것을 보여준다. 그러나 누적적으로 그 효과는 상당히 클 수 있으며, 오르트 구름에서 기원하는 모든 혜성의 최대 90%가 은하 조석의 결과일 수 있다.[10]
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