The birth of the galaxy in 60 seconds - Scott Hershberger

번역: Hana Lee 검토: DK Kim

Within the Milky Way, the Earth resides on the inner edge of a spiral arm.

지구는 우리은하 나선형 팔 하나의 안쪽 가장자리에 있습니다.

But this isn’t our permanent address.

하지만 이 자리에 영원히 있는 것은 아닙니다.

When most dinosaurs went extinct,

공룡 대부분이 멸종하던 때에

our solar system was in a different arm than it is today!

태양계는 지금 있는 팔이 아니라 다른 팔에 있었습니다!

The Milky Way never stops changing;

우리은하는 끊임없이 변합니다.

even its structure continues to evolve.

심지어 그 구조도 계속 변하죠.

To see why, let's start at our galaxy's very beginning.

은하 형성 초창기부터 살펴보면서 그 이유를 알아볼까요?

13 billion years ago,

130억 년 전,

propelled by supernovae and the general chaos of the early universe,

초기 우주의 혼돈과 초신성에서 분출되어

the gas and dust particles that eventually became our Milky Way

결국에는 우리은하가 될 가스와 먼지 입자가

were whizzing around in every direction.

사방에서 돌아다니고 있었습니다.

Each particle had a certain angular momentum—

입자마다 일정한 각운동량이 있습니다.

the magnitude and direction of its rotation

즉, 새로 태어나는 은하의 중심을 회전하는 강도와 방향입니다.

around the emerging galaxy’s center.

Just as the new galaxy’s total mass

새로운 은하의 총질량이

was the sum of the individual particles’ masses,

개별 입자 질량의 합인 것처럼

the galaxy also had an angular momentum

은하의 각운동량은

that was the sum of the particles’ angular momenta.

입자들이 보유한 각운동량의 합입니다.

So, despite the wild motion of its parts,

따라서 각 부분은 마구잡이로 움직여도

the galaxy as a whole was rotating about an axis.

전체 은하는 한 축을 중심으로 회전하게 되는 거죠

Meanwhile, the gas and dust particles frequently collided,

그동안 가스와 먼지 입자는 수시로 충돌하며

losing some energy to heat.

열로 일부 에너지를 잃게 되죠.

Because they slowed down,

그러면서 속도가 줄고

gravity was able to pull them closer to the galactic center.

중력으로 인해 은하 중심에 더 가까워집니다.

So, why did the Milky Way, like most galaxies, become flat,

그렇다면 왜 은하들 대부분과 우리은하는 평평할까요?

and not spherical like stars and planets?

별과 행성처럼 구형이 아니고 말이죠.

The answer lies in its angular momentum.

답은 각운동량에 있습니다.

The laws of physics dictate that in the absence of external forces,

외부 힘이 없는 경우 물리 법칙에 따라

the total angular momentum of an object or system has to stay the same over time.

물체와 은하계의 총각운동량은

시간이 지나도 동일하게 유지되어야 합니다.

In a star or planet, the spinning material is so dense

별이나 행성에서 회전하는 물체는 밀도가 너무 높아

that the outward pressure partners with gravity

바깥쪽으로 향하는 압력이 중력과 결합하여

to create a mostly spherical shape.

대부분 구 모양이 되는 것이죠.

But emerging galaxies tend to have low densities and high angular momenta,

그러나 새로 태어나는 은하의 경우 밀도가 낮고 각운동량이 높아

meaning that the spinning motion is a more significant factor

밖으로 향하는 압력보다 회전 운동이 더 중요한 요소로 작용합니다.

than the outward pressure.

Indeed, if a galaxy has a lower angular momentum,

실제로 은하의 각운동량이 작으면

an egg shape can form.

달걀 모양이 될 수 있습니다.

In galaxies like the Milky Way,

우리은하 같은 은하에서

particles, instead of falling directly towards the center,

입자는 중심으로 직접 떨어지지 않고

tended to fall parallel to the axis of rotation,

회전축에 평행하게 떨어지는 경향이 있습니다.

as to keep the larger total angular momentum constant.

더 큰 총각운동량을 일정하게 유지하는 것이죠.

Over billions of years the cloud of particles gradually fell,

수십억 년에 걸쳐 입자 덩어리가 서서히 떨어져

sped up in their orbits, and created a spinning disc.

궤도를 돌고 회전하는 원판이 생깁니다.

Now what about the arms?

그러면 팔은 어떨까요?

Spiral arms, like the one Earth is in,

지구가 있는 곳과 마찬가지로 나선형 팔은

are regions where stars and gas are packed more tightly together.

별과 가스가 좀 더 촘촘하게 모여있는 곳입니다.

But the arms aren't static structures.

그러나 팔은 정적인 구조가 아닙니다.

They are caused by zones of compression that travel through the galaxy as waves.

파동처럼 은하를 따라 퍼지는 압력으로 팔이 생겨납니다.

Just as a whirlpool has multiple peaks and troughs,

소용돌이에 최고점과 최저점이 여러 개 있는 것처럼

a density wave in a galaxy has multiple regions of high density—

은하 밀도파에도 밝은 나선 부분인 고밀도 지역과

the bright spirals— separated by regions of lower density.

저밀도 지역이 여러 개 있습니다.

And as the wave travels,

이 파동이 퍼짐에 따라

different stars are constantly entering and leaving the spirals.

다른 별들이 나선형 안으로 끊임없이 들어오고 나가죠.

Density waves can form in several ways.

밀도파는 다양한 방식으로 형성될 수 있습니다.

For some galaxies, a nearby companion galaxy stirs the pot.

일부 은하의 경우는 근처 동반 은하에 의해 불안정해지는데

Its gravitational pull breaks the disc’s symmetry,

중력이 원판의 대칭을 깨뜨려 진동이 발생하고

generating a wave that could last for a billion years.

이 진동은 10억 년 동안 계속될 수도 있습니다.

For other galaxies,

또 다른 일부 은하의 경우는

the presence of a small clump of tightly packed stars and gas within the galaxy

은하 내 빽빽하게 채워진 별과 가스의 작은 덩어리가

can have a ripple effect, spontaneously giving rise to a wave.

파급 효과를 일으켜 자연스럽게 진동이 일어나는데

This is thought to be the cause of the Milky Way's spirals.

이렇게 우리 은하의 나선이 형성되는 것으로 생각됩니다.

In both scenarios,

두 가지 경우 모두에서

the galaxy’s overall rotation bends the dense region into spirals,

은하의 자전으로 인해 고밀도 지역은

은하 중심을 회전하는 나선형으로 구부러집니다.

which rotate around the galaxy’s center.

Our solar system is orbiting the galactic center faster than the spiral arms.

태양계는 나선형 팔보다 더 빠르게 은하계 중심을 돌죠.

We’ll be moving deeper into our current arm for millions of years

우리는 수백만 년에 걸쳐 현재 있는 나선형 팔 안으로 더 깊숙이 들어가다가

before eventually putting it in our rearview mirror.

결국에는 추월하게 될 것입니다.

And recent observations have added another wrinkle to the picture.

또한 최근 관찰을 통해 또 다른 요소를 발견했는데

Rather than just one density wave,

일반적인 나선 은하는 밀도파가 하나가 아니라

a typical spiral galaxy likely has two or more waves that overlap with each other

두 개 또는 그 이상이 서로 겹치거나

and travel at different speeds.

다른 속도로 이동할 가능성이 높다는 것입니다.

The result would be spiral arms that last for tens or hundreds of millions of years

그 결과 나선형 팔이 수천만 또는 수억 년 유지되다가

before breaking apart and re-forming.

분리되어 나와 다시 형성될 것입니다.

This may be happening in the Milky Way,

이 현상은 우리은하에서도 일어날 수 있는데

meaning that when the Earth formed 4.5 billion years ago,

이는 45억 년 전 지구가 형성될 때는 나선형이

the spirals themselves may have looked entirely different than they do today.

오늘날과는 완전히 다르게 생겼을 수도 있다는 뜻입니다.

In any case, our spirals won't last forever.

어쨌든 나선형은 영원히 유지되지는 않습니다.

About 5 billion years from now,

지금부터 약 50억 년 후에

the Milky Way will start to merge with the Andromeda galaxy,

우리은하는 안드로메다 은하와 합쳐지기 시작하여

throwing off the balance of angular momentum and creating an egg shape—

각운동량의 균형이 무너지고 달걀 모양으로 변형되어

the birth of a new era in our galaxy’s history.

은하 역사의 새 시대를 열 것입니다.