무엇이 밝히나: 중심의 엔진, 원반, 그리고 제트
활동은하핵, 중심, 원반, 제트라는 네 단어를 먼저 적어 둡니다. 많은 은하의 한복판에는 아주 무거운 중심이 자리합니다. 그 주변으로 가스와 먼지가 소용돌이치며 납작한 원반을 만들고, 그 원반 속 마찰과 충돌이 물질을 가열해 강한 빛을 냅니다. 이때 빛은 보이는 빛뿐 아니라 자외선, 엑스선, 전파까지 여러 빛으로 새어 나옵니다. 중심이 특히 활발하면 우리는 그 은하를 ‘활동은하’라고 부르고, 그 가운데의 밝은 심지를 ‘활동은하핵’이라 부릅니다. 핵 근처에서는 물질이 안쪽으로 떨어지며 잃는 에너지가 빛과 바람으로 바뀝니다. 작은 알갱이 하나가 안쪽으로 조금만 더 이동해도, 그 떨어진 높이만큼의 에너지가 열과 빛으로 환전됩니다. 그래서 같은 양의 연료로도 중심의 엔진은 별 내부 못지않은 엄청난 밝기를 낼 수 있습니다. 원반의 가장 안쪽에서는 빛의 길이마저 크게 휘고, 시간의 흐름이 느려진 듯한 효과가 생겨 빛의 깜빡임에 특징적인 박자가 섞입니다. 또한 중심의 회전과 자기장이 맞물리면, 양쪽 축을 따라 가늘고 빠른 분출, 곧 제트가 먼 곳까지 뻗습니다. 제트는 주변의 가스를 밀어내거나 데우며, 때로는 밖으로 내보낸 물질이 은하의 가장자리나 주변 공간에서 다시 모여 새로운 별의 씨앗을 돕기도 합니다. 흥미로운 점은, 겉보기의 다양함이 사실은 비슷한 무대에서 생긴다는 사실입니다. 우리는 무대의 각도, 가루와 구름의 가림 정도, 중심의 먹이주기 속도가 다르면 겉으로 보이는 얼굴이 얼마나 달라지는지 비교합니다. 즉, 하나의 엔진을 여러 방향과 날씨에서 본 다양한 사진들이 활동은하라는 큰 가족을 이룹니다. 우리가 핵의 크기와 무게를 직접 잴 수는 없지만, 핵 주위를 도는 별들의 속도와 원반의 깜빡임 주기, 가스가 내는 미세한 줄무늬의 흔들림을 통해 간접적으로 무게를 가늠합니다. 핵이 무거울수록 별과 가스는 더 빠르게 움직이고, 이 작은 치우침을 정밀한 시계와 같은 장비로 오래 기록하면 보이지 않는 중심의 덩치를 추정할 수 있습니다. 또한 핵 주변에는 가루와 구름이 도넛 모양으로 둘러앉아 있을 때가 많아, 어떤 방향에서는 핵빛이 가리고, 어떤 방향에서는 비교적 또렷이 보입니다. 같은 배우를 다른 객석에서 본다는 비유가 딱 맞습니다.
퀘이사와 그 가족: 세이퍼트, 전파은하, 블레이저
퀘이사, 세이퍼트, 전파은하, 블레이저라는 네 단어로 이름을 정리하겠습니다. 먼 우주에서 보이는 아주 밝은 점광원을 우리는 ‘퀘이사’라 부릅니다. 멀리 있음에도 별처럼 보일 만큼 작고 밝지만, 실제로는 은하 중심의 엔진이 만든 불빛입니다. 퀘이사는 젊은 우주에서 자주 보이는데, 그 시기에는 연료가 넉넉하고 합병이 잦아 중심으로 먹이가 잘 공급되었기 때문으로 풀이됩니다. 가까운 우주에서는 비교적 온화한 얼굴의 활동은하가 많습니다. 예를 들어 우리 이웃에서도 핵 주변이 밝아진 ‘세이퍼트 은하’를 볼 수 있습니다. 세이퍼트 은하는 퀘이사만큼 눈부시지는 않지만, 핵의 빛과 좁은 구름의 선명한 빛줄무늬가 특유의 표정을 만듭니다. 다른 가족으로는 ‘전파은하’가 있습니다. 이들은 전파 영역에서 유난히 밝고, 제트가 은하 바깥으로 길게 나와 두 개의 커다란 엽처럼 보이는 구조를 남깁니다. 이 구조는 주변의 얇은 가스를 밀어 올린 흔적이자, 중심 엔진의 장기적인 활동 이력을 담은 일기장입니다. 또 하나의 얼굴은 ‘블레이저’입니다. 제트를 거의 정면으로 바라보는 경우여서, 작은 요동도 크게 증폭되어 매우 빠른 밝기 변화를 보입니다. 겉모습과 이름이 다르지만, 이 가족은 대체로 같은 배우들—중심의 엔진, 뜨거운 원반, 제트, 가리는 구름—을 공유합니다. 우리가 받는 인상 차이는 바라보는 각도와 구름의 두께, 먹이주기의 빠르기에서 비롯됩니다. 그래서 활동은하를 분류할 때는 이름을 나열하는 것 못지않게, 무대의 입체 구조와 시점을 함께 상상하는 일이 중요합니다. 이름이 다채롭다고 해서 각각 완전히 다른 물건은 아닙니다. 우리는 중심의 엔진이 얼마나 빠르게 먹이를 먹는지, 먹이의 줄이 끊기는 빈도가 어느 정도인지, 그리고 우리 시선이 제트와 얼마나 나란한지에 따라 다른 이름표가 붙는다고 이해하면 편합니다. 또한 각 가족은 서로 다른 파장에서 더 선명히 드러납니다. 퀘이사는 보이는 빛과 자외선에서, 전파은하는 전파에서, 블레이저는 빠른 밝기 변화와 넓은 파장대의 요동에서 특징이 두드러집니다. 세이퍼트 은하는 비교적 가까워 세밀한 지도가 가능해, 핵에서 바깥 원반으로 이어지는 통로를 연구하는 교과서가 되어 줍니다.
은하의 삶에 미치는 영향: 피드백, 균형, 그리고 진화
피드백, 균형, 진화, 협력이라는 네 단어로 마무리하겠습니다. 중심의 엔진은 은하의 삶을 바꾸는 조용한 손입니다. 핵이 밝을수록 바람과 제트가 강해져 주변 가스를 데우거나 밀어내, 일시적으로 별 탄생을 쉬게 만들 수 있습니다. 이 작용을 ‘피드백’이라고 부릅니다. 피드백은 은하가 너무 빠르게 별을 만들어 연료를 고갈시키는 일을 막아, 긴 시간에 걸친 균형을 돕는 역할을 하기도 합니다. 반대로, 바깥으로 밀려난 가스가 먼 곳에서 다시 모여 식으면 새로운 별 탄생을 부추기는 우회로가 열리기도 합니다. 즉, 같은 손길이 억제와 촉진을 모두 보여 주며, 결과는 환경과 시간표에 따라 달라집니다. 은하의 진화 그림을 그릴 때 우리는 중심의 덩치와 원반의 별 탄생 기록, 주변 이웃과의 만남 이력을 함께 봅니다. 중심이 무거울수록 은하의 불빛이 특정한 규칙을 보이는 경향이 있어, 중심과 바깥이 오랜 시간 협력해 온 흔적을 떠올리게 합니다. 합병이 잦던 젊은 시대에는 연료가 넉넉해 엔진이 활발했고, 나이가 들수록 먹이가 줄어 활동이 잦아드는 큰 흐름도 읽힙니다. 관측자는 여러 파장의 빛을 포개어, 핵의 뜨거운 숨결과 바깥의 차가운 가스를 한 장의 지도 위에 올립니다. 여기에 별의 나이 분포와 속도장을 얹으면, 한 은하가 겪은 억제와 촉진의 엇갈림이 입체적으로 보입니다. 이때 중요한 태도는 한 장면만으로 단정하지 않는 것입니다. 핵이 어제 밝았다고 해서 오늘도 같으리라는 보장은 없습니다. 먹이주기는 들쑥날쑥하고, 구름의 가림은 계절처럼 바뀝니다. 그래서 우리는 같은 대상을 길게, 여러 방법으로 되풀이 관측합니다. 그 기록이 쌓일수록, 활동은하핵은 공포의 심장이 아니라 은하의 호흡을 조율하는 박동으로 보이기 시작합니다. 우리는 그 박동의 리듬을 배워, 별과 가스, 시간과 환경이 함께 빚어낸 긴 진화의 악보를 조금씩 또렷이 읽어 갈 것입니다. 이런 관점은 은하단과 그 너머의 큰 구조에도 이어집니다. 여러 은하의 중심이 번갈아 밝아질 때, 그 주변의 뜨거운 기체가 어느 속도로 식고 다시 별을 만드는지의 시간표가 바뀝니다. 핵의 바람이 너무 강하면 별 만들기가 오래 쉬어 은하가 누런빛을 띠게 될 수 있고, 바람이 적당하면 밖으로 내보낸 재료가 다른 곳에서 별을 틔웁니다. 결국 중요한 것은 세기의 강약이 아니라, 시간과 공간에 걸친 고른 호흡입니다.
출처: 한국천문연구원 활동은하핵·퀘이사 해설, 국립중앙과학관 천문 자료, 유럽우주국(ESA) 교육 자료