다른 은하계의 존재가 확인된 이후, 허블과 다른 연구진들은 이들 은하의 형태, 구성요소, 그리고 여러 가지 측정가능한 특징들을 기록하며, 더욱 세부적인 관찰을 진행하였습니다. 1920년대에는 하나의 은하에 대한 사진이나 스펙트럼을 얻기 위해선, 밤새도록 지치지 않고 관찰해야 하는, 매우 힘든 작업이었습니다. 현재는 대형 망원경과 전자 탐지기의 발달로 이런 작업이 이전보다는 수월해졌지만, 가장 먼 곳에 위치한 은하를 관찰하기 위해서는 여전히 무시할 수 없는 노력이 필요합니다. 새로운 유형의 객체를 이해하려는 첫 걸음은 대개 그 객체를 설명하는 것입니다. 별의 스펙트럼을 이해하는 첫 단계도, 그 형태를 분류하는 것이었습니다. 연구가 진행됨에 따라, 가장 크고 밝은 은하들은 대부분 두 가지 기본 형태 중 하나를 가지고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 우리 은하와 같이 편평하고 나선형 팔을 가진 모양이거나, 타원형인 경우입니다. 반면에, 많은 작은 은하들은 정형화되지 않은, 불규칙한 형태를 가지고 있습니다. 이번 시간에는 지금까지 발견된 은하들의 종류와 특징에 대해 알아보겠습니다.
1. 나선은하
우리 은하와 안드로메다 은하는 대표적인 대형 나선은하로, 중앙 돌출부, 후광, 디스크 및 나선형 팔로 이루어져 있습니다. 나선 은하의 디스크 안에는 성간 물질이 균일하게 분포해 있으며, 특히 나선팔에는 밝은 방출 성운과 젊은 별들이 많아, 새로운 별 형성이 계속 이루어지고 있음을 알 수 있습니다. 디스크는 먼지가 많아, 특히 가장자리에서 바라보는 시스템에서는 그것이 더욱 두드러집니다. 우리가 정면으로 바라보는 은하에서는, 밝은 별과 방출 성운이 4일의 불꽃놀이처럼 나선팔을 강조합니다. 산개성단은 가까운 나선팔에서 볼 수 있으며, 구상성단은 후광에서 주로 볼 수 있습니다. 나선은하는 우리 은하수처럼 젊은 별과 늙은 별이 섞여 있습니다. 모든 나선은하는 회전하며, 회전 방향은 팔이 배의 항적을 따라가는 것처럼 보입니다. 근처의 나선 은하 중 약 2/3는 중앙을 관통하는 상자형 또는 땅콩 모양의 별 막대를 가지고 있습니다. 이런 독특한 모양을 가진 은하를 천문학자들은 막대나선은하라고 부릅니다. 우리 은하에도 적당한 크기의 막대가 있음을 우리 은하계 장에서 언급했습니다. 나선형 팔은 대체로 막대의 끝에서 시작합니다. 막대가 이렇게 흔하게 나타나는 것은, 막대가 오랫동안 지속됨을 암시합니다. 대부분의 나선은하는 진화 과정 중 어느 시점에서든 막대를 형성할 수 있습니다. 막대나선은하와 막대 없는 나선은하에서 우리는 다양한 형태를 관찰합니다. 한 쪽 극단에서는 중앙 돌출부가 크고 밝으며, 팔은 희미하고 밀도가 높아져, 밝은 방출 성운과 초거성은 눈에 띄지 않습니다. 허블이 개발한 은하 분류 체계에 따르면, 이런 형태의 은하를 Sa라고 부릅니다. 이런 극단의 은하들은 나선팔 구조가 불분명해 렌즈와 같은 모습을 보일 수 있습니다(때때로 렌즈형 은하라고도 합니다). 이런 은하들은 나선 은하와 마찬가지로 타원 은하와 많은 특성을 공유합니다. 다른 극단에서는 중앙 돌출부가 작고 팔이 느슨하게 감겨 있습니다. 이런 Sc 은하에서는 빛나는 별과 방출 성운이 매우 두드러집니다. 나선 은하의 빛나는 부분은 대체로 직경이 약 20,000광년에서 100,000광년 이상입니다. 최근의 연구에 따르면, 은하의 겉보기 가장자리를 넘어서까지 뻗어 있는 은하 물질이 대량으로 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 물질은 대부분 얇고 차가운 가스로, 대부분의 관측에서는 감지하기 어렵습니다. 가능한 관측 데이터에 따르면, 나선 은하의 보이는 부분의 질량은 대략 10억에서 1조 태양질량(109~1012MSun) 범위로 추정됩니다. 대부분의 나선은하의 총 광도는 우리 태양 광도(108~1011 LSun)의 1억에서 1000억 배 범위에 속합니다. 우리 은하와 M31은 나선형으로서는 상대적으로 크고 거대합니다. 은하와 마찬가지로, 은하 내부와 주변에도 대량의 암흑 물질이 존재합니다. 우리는 은하 외곽에 있는 별들이 그들의 궤도를 따라 얼마나 빠르게 움직이는지를 관찰함으로써 그 존재를 추론합니다.
2. 타원은하
타원은하는 그 형태가 거의 구형 또는 타원형이며, 대부분이 나이 많은 별들로 이루어져 있습니다. 나선형 팔의 흔적은 없습니다. 이들 은하의 빛은 주로 나이 많은 붉은 별들에 의해 지배되고, 크기가 큰 타원형 성단에서는 수많은 구상 성단을 확인할 수 있습니다. 먼지와 방출 성운은 타원 은하에서는 눈에 띄지 않지만, 많은 성간 물질이 포함되어 있음을 알 수 있습니다. 타원 은하는 대략적으로 구형에서 시작하여 나선과 같이 편평한 형태에 이르기까지 다양한 정도의 편평함을 보여줍니다. 매우 드문 경우에는 거대한 타원 은하의 광도가 1011 LSun에 이를 수 있습니다. 이런 큰 타원 은하의 질량은 1013MSun에 달할 수 있으며, 이런 큰 은하의 직경은 수십만 광년 이상에 이르며, 이는 가장 큰 나선 은하보다 훨씬 큽니다. 개별 별들은 타원 은하의 중심을 공전하지만, 나선 은하와는 달리 그들의 궤도가 모두 같은 방향을 향하고 있지는 않습니다. 따라서 타원 은하들은 체계적으로 회전하지 않아, 얼마나 많은 암흑 물질이 포함되어 있는지 추정하기가 어렵습니다. 타원 은하의 범위는 방금 설명한 거대한 은하부터 가장 흔한 은하 유형인 왜소 은하에 이르기까지 다양함을 확인하였습니다. 왜소 타원 은하(또는 왜소 구상 은하라고도 함)는 매우 희미하고 보기 어려워, 오랫동안 인식되지 않았습니다. 이 전형적인 왜성 은하의 광도는 가장 밝은 구상 성단의 광도와 거의 동일합니다. 거대 타원 은하와 왜소 타원 은하 사이의 중간에는 안드로메다 은하의 동반 은하인 M32와 M110과 같은 시스템이 위치하고 있습니다. 이들 은하는 사자자리 I와 같은 은하보다 훨씬 크며, 종종 왜소 타원 은하로 불립니다.
3. 불규칙은하
허블은 우리가 방금 설명한 범주와 관련된 규칙적인 모양을 갖지 않는 은하를 불규칙 은하라는 분류로 묶었으며, 여기에서는 그의 용어를 계속 사용하겠습니다. 불규칙 은하들은 대체로 나선 은하보다 질량과 광도가 작습니다. 불규칙 은하들은 종종 뒤죽박죽으로 보이며, 많은 은하들은 상대적으로 강한 별 형성 활동을 보입니다. 이 은하들에는 젊은 인구 I 별과 나이 많은 인구 II 별이 모두 포함되어 있습니다. 불규칙 은하 중 가장 잘 알려진 것들로는 대마젤란 은하와 소마젤란 은하가 있습니다. 이들 은하는 우리 은하계에서 가장 가까운 이웃 은하계로, 우리로부터 약 160,000광년 조금 넘는 거리에 위치해 있습니다. 이들 은하의 이름은 세계 일주 여행을 한 페르디난드 마젤란과 그의 선원들이 이들을 처음 발견한 유럽인이었다는 사실을 기리기 위해 지어졌습니다. 미국과 유럽에서는 볼 수 없지만, 이 두 은하계는 남반구에서 보면 밤하늘에 뭉게구름처럼 떠 있습니다. 이들은 안드로메다 은하보다 약 10분의 1의 거리에 떨어져 있어, 천문학자들에게 다른 은하계 환경에서 성운, 성단, 변광성 등 주요 천체를 연구하는 좋은 기회를 제공합니다. 예를 들어, 대마젤란 은하에는 황새치 30개 복합체(또는 타란툴라 성운)라는, 모든 은하계에서 알려진 초거성 그룹 중 가장 크고 가장 밝은 그룹 중 하나가 포함되어 있습니다. 이 좁은 물질 덩어리는 화살처럼 우리 은하계를 직접 가리킵니다. 소마젤란운은 우리 은하와의 중력 상호작용으로 현재의 모양이 형성되었을 가능성이 높습니다. 은하와 소마젤란운 사이의 상호작용으로 발생한 큰 잔해 흔적이 하늘을 가로질러 흩어져 있으며, 이는 마젤란 흐름이라는 이름의 비정상적으로 빠른 속도로 움직이는 일련의 가스 구름으로 보입니다. 우리는 은하들 사이의 이런 종류의 상호작용이 작은 은하들의 전체 범주의 불규칙한 모양을 설명하는 데 도움이 될 것이라는 것을 알게 될 것입니다.
허블과 다른 연구진들이 다른 은하계의 존재를 확인하고 그들의 형태, 구성요소, 그리고 다양한 측정 가능한 특징을 기록하며 더욱 세부적인 관찰을 진행해온 결과, 은하는 크게 나선은하, 타원은하, 그리고 불규칙 은하로 분류할 수 있게 되었습니다. 이러한 은하들의 세부적인 관찰과 연구를 통해 우리는 우주의 구조와 진화, 별의 생명주기, 은하의 형성과 변화 등에 대해 이해할 수 있게 되었습니다. 그러나 은하에 대한 연구는 아직도 진행 중이며, 특히 가장 먼 곳에 위치한 은하를 관찰하기 위해서는 여전히 많은 노력이 필요합니다. 이를 통해 우리는 우주의 비밀을 하나씩 풀어가고 있으며, 앞으로도 다양한 천문학적 발견이 기대됩니다. 이처럼 허블과 다른 연구진들의 끊임없는 노력 덕분에 우리는 우주에 대한 지식을 늘려가고 있습니다.