오늘은 천문학의 하위 연구 분야 중 두 번째로, 은하 천문학, 은하 외 천문학, 항성 천문학 및 태양 천문학에 대해 알아보도록 하겠습니다.
은하 천문학 (Galactic Astronomy)
은하 천문학은 중력에 의해 서로 결합된 별, 가스, 먼지 및 암흑 물질의 방대한 집합체인 은하를 연구하는 학문으로서, 은하의 구조, 구성, 역학 및 진화를 포함하여 대규모 우주를 형성하는 은하의 역할을 연구합니다.
태양계(solar system)는 은하와 그 주변을 구성하는 요소로 이루어진 나선형 은하인 은하수 주위를 돌고 있습니다. 은하수의 중심에는 막대 모양의 돌출부인 핵이 있으며, 그 중심에는 초거대질량 블랙홀이 있을 것으로 추정됩니다. 은하수는 핵을 나선 형태로 둘러싸고 있는 4개의 기본 팔(primary arms)로 이루어집니다.
은하계는 일반적으로 나선 은하, 타원 은하 및 불규칙 은하 등 여러 가지 형태를 띠고 있으며, 각각은 고유의 모양, 구조 및 특성을 가지고 있습니다. 또한 은하에는 다양한 연령, 질량, 화학적 구성을 지닌 다양한 별 집단도 포함되어 있는데, 은하 천문학자들은 은하 내 항성 집단의 분포와 특성을 연구하여 그들의 형성 과정과 진화 경로를 알아내려고 노력합니다.
우주 시간(cosmic time)에 걸쳐 은하가 어떻게 형성되고 진화하는지 이해하는 것은 은하 천문학의 핵심 연구 과제입니다. 천문학자들은 은하계의 계층적 병합, 가스와 먼지의 집착, 은하 내 별과 성단의 형성을 연구하며 또한 은하 진화를 주도하는 초신성 폭발 및 활성 은하 핵의 역할에 대해서도 조사합니다.
은하 외 천문학 (Extragalactic Astronomy)
은하 외 천문학은 은하의 형성과 진화, 은하의 형태와 분류, 활동 은하(active galaxies)의 관찰 그리고 더 큰 규모로는 은하 그룹과 성단(groups and clusters of galaxies)과 관련된 천문학의 한 분야입니다. 이는 우주의 대규모 구조를 이해하는 데 중요합니다.
대부분의 은하계는 나선 은하, 타원 은하 및 불규칙 은하로 분류할 수 있습니다.
타원 은하는 타원의 단면 모양을 띠며, 별들은 선호하는 방향 없이 임의의 궤도를 따라 움직입니다. 이 은하에는 성간 먼지가 거의 또는 완전히 없으며, 별 형성 지역도 거의 없으며 나이가 많은 별들이 포함되어 있습니다. 이들은 다른 은하가 병합되어 형성된 것으로 보입니다.
나선 은하는 편평하고 회전하는 원반으로 구성되며, 중앙에는 눈에 띄는 돌출부나 막대가 있고 바깥쪽으로 나선형으로 뻗어나가는 밝은 팔이 있습니다. 나선 은하의 팔은 거대하고 어린 별들이 푸른 색조를 띠는 먼지가 많은 별 형성 지역이며, 은하수와 은하수 이웃인 안드로메다 은하 모두 나선 은하입니다.
불규칙 은하는 나선형도 타원형도 아닌 혼란스러운 형태를 보이는 은하로서, 모든 은하의 4분의 1을 차지합니다. 이러한 은하의 독특한 모양은 중력의 상호 작용 결과로 보입니다.
항성 천문학(Stellar Astronomy)
천체 물리학으로도 알려져 있는 항성 천문학은 별과 별의 진화에 대해 연구하는 학문으로, 이는 관찰과 이론적 이해를 통해 이루어집니다. 항성 천문학자들은 성간 가스와 먼지 구름이 붕괴되면서 별이 형성되는 과정을 조사하는데, 그들은 새로운 별을 형성하는 조건과 메커니즘을 이해하기 위해 분자 구름, 원시성 원반, 어린 별 성단과 같은 별 형성 지역을 연구합니다.
생성된 별의 특성은 주로 초기 질량에 따라 달라지는데, 별의 질량이 클수록 광도는 더 커지고 중심핵에서 수소 연료를 헬륨으로 융합하는 속도가 더 빨라집니다. 시간이 지남에 따라 이 수소 연료는 헬륨으로 완전히 변환되고 별은 진화하기 시작합니다. 헬륨의 핵융합에는 더 높은 중심 온도가 필요한 데, 중심 온도가 충분히 높은 별은 중심 밀도를 높이면서 오니층을 바깥쪽으로 밀어내며 팽창하게 됩니다.
별의 최종 운명 역시 질량에 따라 달라지게 되는데, 질량이 태양의 약 8배 큰 별은 핵 붕괴 초신성(supernovae)이 됩니다. 이 보다 작은 별들은 바깥층을 날려버리고 백색 왜성(white dwarf)의 형태로 핵을 비활성 상태로 남겨 둡니다. 날아간 바깥층은 행성상 성운(planetary nebula)을 형성하게 되며, 초신성의 잔해는 밀도가 높은 중성자별(neutron star)이 되거나 또는 별의 질량이 태양 질량의 3배 인상인 블랙홀을 만들게 됩니다.
태양 천문학(Solar Astronomy)
태양은 약 8 광분(light-minutes) 거리에 있는 가장 많은 연구가 이루어지는 왜성(dwarf star)으로 나이는 약 46억 년입니다. 태양은 흑점 주기(sunspot cycle)라고 알려진 주기적인 활동을 통해 변화를 겪게 되는데, 흑점은 강렬한 자기 활동과 관련된 평균 온도보다 잔은 지역을 말합니다.
태양 천문학은 태양의 구조, 역학, 활동 주기, 우주의 날씨에 미치는 영향 등 광번위한 연구 주제를 포함하는데, 태양은 지구에 심각한 영향을 미칠 수 있는 주기적인 광도 변화를 겪고 있으며 이 결과 지구에 소빙기(little ice age) 현상을 일으킨 것으로 여겨집니다.
태양 천문학은 지구의 자기권(magnetosphere), 전리층(ionosphere) 및 상층 대기에 대한 영향을 포함하여 우주 기상에 대한 태양의 영향을 탐구하는데, 태양 플레어(solar flares)와 CME는 지자기 폭풍, 오로라 현상을 일으키고 위성 통신, 전력망 및 항법 시스템에 장애를 일으킬 수도 있습니다. 태양 천문학자들은 다양한 계측기와 관측소를 활용하여 태양의 변동성과 그것이 우주 기상에 미치는 영향을 연구하는데, 이를 이해하는 것은 우주 기상 예측과 기술 인프라 및 인간 활동에 대한 잠재적인 위험을 완화하는데 필수적인 요소입니다.
