은하수 외곽 원반은 단순히 휘어진 구조가 아니었다

분석은 두 단계로 진행됐다. 먼저 분자 가스 원반 전체의 큰 규모 워프를 모델링했다. 그다음 이 매끄러운 휘어짐을 제거하고, 각 분자운이 모델상의 은하면에서 얼마나 위나 아래로 벗어났는지 살폈다. 그러자 남은 변위가 서로 무관한 무작위 오차가 아니라, 외곽 원반을 가로지르는 연결된 물결 형태를 이루고 있다는 사실이 드러났다.

즉 은하수 외곽 원반은 ‘휘어진 판’이 아니라, 큰 워프 위에 추가적인 수직 파동이 포개진 구조로 볼 수 있다는 뜻이다.

왜 일산화탄소를 관측했을까

은하수 원반에는 먼지가 많아 가시광선으로는 내부와 외곽의 차가운 가스 구름을 관측하기가 쉽지 않다. 이때 일산화탄소, 즉 CO의 스펙트럼 방출선이 중요한 추적자가 된다. CO는 별이 태어나는 환경과 관련된 차가운 분자 가스를 표시하기 때문에, 눈에 보이지 않는 분자운의 위치를 파악하는 데 유용하다.

MWISP는 자금산천문대 망원경을 이용해 ^12CO, ^13CO, C^18O의 J=1–0 전이를 동시에 관측한다. 스펙트럼선에는 가스의 속도 정보도 담긴다. 연구진은 이 자료를 분자운의 하늘상 위치와 결합해 분자운 분포를 3차원으로 재구성하고, 모델링한 은하면을 기준으로 각 구름이 어느 정도 위아래로 벗어나 있는지 측정했다.

분자운을 수만 개 규모로 모았다는 점도 핵심이다. 개별 구름의 불규칙한 위치만 봤다면 우연한 편차로 보일 수 있지만, 대규모 표본에서는 서로 이어지는 구조와 단순한 산포를 구분할 수 있기 때문이다.

워프를 제거하자 숨겨진 물결이 나타났다

모든 수직 변위를 워프의 일부로 간주했다면, 그 위에 놓인 더 세밀한 구조는 묻혔을 가능성이 크다. 연구진은 먼저 원반의 넓고 완만한 휘어짐을 기준선으로 만든 뒤, 그 기준선에서 벗어난 잔차를 분석했다.

그 결과 워프만으로는 설명할 수 없는 조직적인 위아래 굴곡이 나타났다. 이 잔차 구조는 물결이 연속해서 이어지는 것처럼 보여 ‘코러게이션(corrugation)’, 즉 주름 또는 물결 구조로 해석됐다. 이번 발견이 단순한 워프 측정의 보완이 아니라, 은하수 외곽 원반에 대한 기존 그림 자체를 바꾸는 이유다.

물결은 무엇이 만든 것일까

연구진은 이 수직 물결이 외부의 중력 교란으로 발생한 굽힘파일 가능성을 제시했다. 대표적인 후보로는 은하수 주변을 지나갔거나 상호작용한 위성은하와 왜소은하가 거론된다.

이런 굽힘파가 실제로 외부 상호작용에서 비롯됐다면, 물결 구조는 과거 은하수가 겪은 중력적 사건과 그 영향이 외곽 원반을 따라 퍼져 나간 과정을 기록하는 흔적일 수 있다. 다만 현재 결과가 특정 위성은하 하나를 원인으로 확정한 것은 아니다. 단일 천체 또는 여러 과정이 함께 작용했을 가능성은 앞으로 검증해야 한다.

은하수의 ‘역사’를 읽는 새로운 단서

이번 발견은 은하수의 3차원 구조를 연구할 수 있는 새로운 관측 단서를 제공한다. 천문학자들은 이제 외곽 원반을 하나의 큰 곡선으로만 보지 않고, 대규모 워프와 그 위에 겹쳐진 여러 수직 파동이 어떻게 함께 존재하는지 살펴볼 수 있다.

물결의 모양과 규모, 그리고 서로 연결된 정도를 은하 원반의 굽힘과 위성은하 상호작용을 다루는 이론 모델과 비교하면, 은하수가 과거에 어떤 교란을 겪었는지 추정하는 데도 도움이 될 수 있다.

현재 가장 확실한 결론은 관측 결과 자체다. 은하수 외곽의 차가운 분자 가스 원반에는 큰 규모의 워프뿐 아니라 넓게 퍼진 수직 물결 구조도 존재한다. 이 거대한 ‘주름’이 정확히 어떤 상호작용이나 물리적 과정에서 생겨났는지는 향후 관측과 정교한 모델링이 풀어야 할 과제로 남았다.