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[IT뉴스]별 없는 은하, 암흑물질 없는 은하…은하는 어떻게 만들어질까

온카뱅크관리자

2026-08-08 18:07:30

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 <img alt="별 없이 가스와 암흑물질로 이뤄진 암흑 은하 후보와 암흑물질이 거의 없는 것으로 추정되는 은하를 대비해 표현한 이미지. 생성형 AI 제작." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/08/dongascience/20260808180212578zuct.png" data-org-width="680" dmcf-mid="HDzWS92uMO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/08/dongascience/20260808180212578zuct.png" width="658">
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 별 없이 가스와 암흑물질로 이뤄진 암흑 은하 후보와 암흑물질이 거의 없는 것으로 추정되는 은하를 대비해 표현한 이미지. 생성형 AI 제작.
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 수많은 별이 모여 빛나는 천체를 우리는 은하라고 부른다. 그런데 별이 하나도 없는 것으로 추정되는 은하 후보가 무더기로 발견됐다. 반대로 대부분의 은하에서 질량의 상당 부분을 차지하는 것으로 알려진 암흑물질이 거의 없는 은하도 확인되고 있다.
 일반적인 은하 형성 이론에 따르면 암흑물질의 중력에 가스가 모이고 이 가스가 뭉쳐 별이 만들어지면서 은하가 형성된다. 별이 없는 은하와 암흑물질이 거의 없는 은하는 각각 이 과정에서 하나씩이 빠진 셈이다.
 빛나는 별이 없어도 은하라고 할 수 있을까. 은하 형성의 토대로 여겨지는 암흑물질 없이도 은하가 존재할 수 있을까. 최근 발견된 두 종류의 특이한 은하가 기존 은하 형성 이론을 검증할 새로운 단서로 주목받고 있다.
 ● 별 하나 없는 '암흑 은하' 142개 찾았다
 황호성 서울대 물리천문학부 교수 연구팀은 별 없이 암흑물질과 가스로만 이뤄진 것으로 추정되는 '암흑 은하(dark galaxy)' 후보 142개를 발견했다. 연구결과는 2025년 국제학술지 '천체물리학 저널 보충 시리즈(Astrophysical Journal Supplement Series)'에 발표됐다.
 기존에 알려진 암흑 은하 후보는 10개 안팎에 불과했다. 이번에는 이보다 10배 이상 많은 후보가 한꺼번에 발견된 것이다.
 암흑 은하는 말 그대로 눈에 잘 보이지 않는다. 일반적인 은하는 수많은 별이 빛을 내기 때문에 광학망원경으로 관측할 수 있지만 암흑 은하는 별이 없고 빛을 내는 먼지나 가스도 거의 없어 일반적인 방법으로는 발견하기 어렵다.
 그렇다고 아무것도 없는 공간은 아니다. 암흑 은하에는 많은 양의 중성수소(HI) 가스가 존재한다. 중성수소는 특정 파장의 전파를 방출하기 때문에 전파망원경을 이용하면 존재를 확인할 수 있다.
 연구팀은 아레시보 전파망원경을 이용한 'ALFALFA' 탐사 자료에서 중성수소가 방출하는 전파 신호 344건을 먼저 선별했다. 다른 은하와 겹치지 않고 주변에 은하나 물질이 거의 없는 고립된 천체를 추려냈다.
 이어 이 천체들을 광학과 자외선, 적외선 영상으로 다시 확인했다. 그 결과 별빛이나 먼지에서 나오는 신호가 감지되지 않는 천체 142개가 최종 암흑 은하 후보로 선정됐다.
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 <img alt="암흑 은하는 암흑물질의 중력에 가스가 모였지만 별이 형성되지 않아 일반적인 광학 관측으로는 발견하기 어려운 천체다. 생성형 AI 제작." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/08/dongascience/20260808180213863tzuf.png" data-org-width="680" dmcf-mid="XuBUFdJ6is" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/08/dongascience/20260808180213863tzuf.png" width="658">
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 암흑 은하는 암흑물질의 중력에 가스가 모였지만 별이 형성되지 않아 일반적인 광학 관측으로는 발견하기 어려운 천체다. 생성형 AI 제작.
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 ● 별이 없다면 정말 '은하'일까
 별이 없는 은하가 중요한 이유는 은하가 형성되는 초기 과정을 이해할 단서가 될 수 있기 때문이다.
 우주를 설명하는 표준모형에 따르면 우주는 암흑에너지 68.3%, 암흑물질 26.8%, 일반물질 4.9%로 구성돼 있다. 암흑물질은 빛과 상호작용하지 않아 직접 볼 수 없지만 질량을 갖고 중력으로 주변 물질에 영향을 미친다.
 일반적으로 은하도 암흑물질의 중력에서 시작된다. 암흑물질의 중력에 가스가 모이고 가스가 뭉쳐 별을 만들면서 우리가 보는 은하가 형성된다.
 하지만 모든 은하에서 별이 만들어지는 것은 아니다. 가스가 모여 있어도 별을 만들지 못한 상태로 남아 있는 은하가 존재할 수 있다. 암흑 은하는 은하를 이루기 위한 물질을 갖고 있으면서도 별 형성 단계까지 진행하지 못한 천체인 셈이다.
 암흑 은하가 실제로 다수 존재한다면 천문학계의 오랜 난제인 '잃어버린 딸린 은하 문제(missing satellite problem)'를 설명하는 데도 도움이 될 수 있다.
 표준모형을 이용한 우주론적 시뮬레이션에서는 우리은하 주변에 딸린 은하가 수백 개 이상 존재해야 한다. 하지만 실제 관측되는 은하의 수는 훨씬 적다.
 연구팀은 우리가 지금까지 찾지 못했던 은하 가운데 일부가 별빛이 없어 보이지 않았던 암흑 은하일 가능성에 주목했다. 이번에 암흑 은하 후보 142개가 발견되면서 '사라진 은하' 중 일부가 실제로는 보이지 않았을 뿐이라는 가능성에 힘이 실린 것이다.
 ● 이번에는 '암흑물질 없는 은하' 발견
 한쪽에서는 별이 없는 은하가 발견되고 있지만 반대편에서는 암흑물질이 거의 없는 것으로 추정되는 은하가 발견되고 있다.
 미국 예일대 연구팀은 암흑물질이 거의 존재하지 않는 것으로 분석된 왜소은하 'DF9'를 발견하고 연구결과를 2026년 6월 국제학술지 '천체물리학저널(The Astrophysical Journal)'에 발표했다.
 DF9는 앞서 발견된 DF2와 DF4에 이어 암흑물질이 거의 없는 것으로 추정되는 세 번째 은하다.
 대부분의 은하에서는 별처럼 눈에 보이는 물질만으로는 은하의 질량과 내부 천체의 움직임을 설명하기 어렵다. 별들의 운동 속도를 분석하면 눈에 보이는 물질보다 훨씬 큰 질량이 존재하는 것으로 나타난다. 이를 암흑물질이 존재하는 주요 근거로 해석한다.
 연구팀은 하와이 켁 천문대의 '케크 코스믹 웹 이미저(KCWI)'를 이용해 DF9 안에 있는 별들의 운동을 측정했다. 이를 토대로 은하 전체의 질량을 계산했다.
 그 결과 DF9의 질량은 눈에 보이는 별과 가스만으로도 설명할 수 있는 수준으로 나타났다. 별들의 움직임을 설명하기 위해 추가적인 암흑물질을 가정하지 않아도 된다는 의미다.
 연구팀은 이를 DF9에 암흑물질이 거의 없거나 아예 존재하지 않을 가능성을 보여주는 증거로 해석했다.
 ● 암흑물질 없이 어떻게 은하가 만들어졌을까
 DF9가 더욱 흥미로운 이유는 혼자가 아니기 때문이다.
 앞서 암흑물질이 거의 없는 것으로 보고된 DF2와 DF4도 DF9와 같은 은하 집단에 속한다. 암흑물질이 부족한 세 은하가 같은 환경에서 발견됐다는 점에서 연구팀은 이들이 공통된 과정을 거쳐 만들어졌을 가능성이 있다고 분석했다.
 연구팀은 거대한 두 은하가 과거 충돌하면서 일반물질과 암흑물질이 서로 분리됐을 가능성을 제시했다. 충돌 과정에서 일반물질만 따로 모이면서 암흑물질이 부족한 DF2와 DF4, DF9 같은 은하가 형성됐을 수 있다는 것이다.
 이는 일반적인 은하 형성 과정과 다르다. 대부분의 은하는 암흑물질의 중력을 토대로 가스가 모이고 별이 만들어지는 것으로 설명된다.
 하지만 DF9와 같은 천체가 실제로 암흑물질 없이 만들어졌다면 은하가 형성될 수 있는 과정이 기존에 알려진 것보다 다양할 가능성을 보여준다.
 연구팀은 오히려 이런 은하의 존재가 암흑물질이 실제 물질이라는 사실을 뒷받침하는 근거가 될 수 있다고 봤다. 일반물질과 암흑물질이 서로 분리될 수 있기 때문에 일부 은하에서 암흑물질만 선택적으로 부족한 현상이 나타날 수 있다는 설명이다.
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 <img alt="별이 형성되지 않은 암흑 은하 후보와 암흑물질이 거의 없는 것으로 추정되는 왜소은하는 은하가 형성되는 조건이 다양할 가능성을 보여준다. 생성형 AI 제작." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/08/dongascience/20260808180215144aehe.png" data-org-width="680" dmcf-mid="ZwmkNZ5Tdm" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/08/dongascience/20260808180215144aehe.png" width="658">
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 별이 형성되지 않은 암흑 은하 후보와 암흑물질이 거의 없는 것으로 추정되는 왜소은하는 은하가 형성되는 조건이 다양할 가능성을 보여준다. 생성형 AI 제작.
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 ● 별 없어도, 암흑물질 부족해도 은하가 존재한다
 두 발견은 서로 정반대처럼 보인다.
 암흑 은하는 암흑물질과 가스를 갖고 있지만 별이 만들어지지 않은 은하다. DF9는 별과 가스가 있지만 은하 형성의 토대로 여겨지는 암흑물질이 거의 없는 것으로 추정된다.
 일반적인 은하 형성 과정을 '암흑물질의 중력→가스 집결→별 형성'이라고 본다면 암흑 은하는 마지막 단계인 별 형성이 빠진 사례에 가깝다. 반면 DF9와 같은 은하는 출발점으로 여겨지던 암흑물질이 부족한 상태다.
 두 종류의 은하가 기존 은하 형성 이론이 틀렸다는 것을 의미하는 것은 아니다. 암흑 은하는 오히려 표준모형이 예측한 은하를 관측적으로 검증하는 대상이 될 수 있고, DF9는 은하 충돌처럼 일반적인 과정과 다른 방식으로 은하가 만들어질 가능성을 보여준다.
 눈에 보이지 않았던 은하와 있어야 할 물질이 없는 은하. 두 극단적인 천체를 연구하는 것은 은하가 만들어지는 조건을 확인하고 아직 정체가 밝혀지지 않은 암흑물질의 성질을 이해하는 단서가 될 것으로 기대된다.
 ※참고자료
 doi.org/10.3847/1538-4365/ade0b8
 doi.org/10.3847/1538-4357/ae6b8d
 [김현정 에디터 hjnine@donga.com]
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