청색이동

청색이동(또는 청색편이, blueshift)은 가시광을 포함한 전자기파의 파장이 짧아지는 현상이다. 가시광 영역에서 파장이 짧아지면 푸른색으로 보이기 때문에 청색이동이라고 한다. 이는 천문학에서는 널리 사용되는 적색이동 현상과 비슷한 현상으로서 주로 전자기파의 도플러 효과에 의해 발생하는 현상이다. 즉, 전자기파를 방출하는 물체가 방출하는 방향으로 운동할 때, 방출되는 전자기파의 파장이 짧아지는 현상인 도플러 효과(Doppler effect)이다.

그림 1. 도플러효과에 의한 적색이동(위)과 청색이동(아래)(출처: 이상성/한국천문학회)

천문학에서 천체의 운동에 의해 발생하는 도플러효과는 주로 적색이동으로 잘 알려져 있다. 이는 우리 우주의 팽창에 의해 은하들 사이의 거리가 멀어지기 때문에 대부분의 은하에서 적색이동 현상이 관측되기 때문이다. 그러나 이러한 거시적인 우주론적 적색이동 효과와 달리 천체 사이 중력에 의해 지엽적인 천체의 운동(예, 특이속도)가 허블 법칙에서 기대되는 적색이동 값보다 크거나 작을 경우에 청색이동 현상이 관측되는 경우도 종종 있다. 대부분의 청색이동 현상은 국부은하군에서 관측된다.

예를 들면 안드로메다은하와 같이 우리은하로 초속 110km의 속도(또는 태양으로 초속 300km의 속도)로 가까워지고 있는 청색이동 은하들이 그것이다. 즉 안드로메다은하의 적색이동 측정값은 –0.001로서 음수의 값으로 측정된다.

@@NAMATH_DISPLAY@@z =\frac{\lambda_{\rm 관측}-\lambda_{\rm 고유}}{\lambda_{\rm 고유}}\approx –0.001 \qquad (1) @@NAMATH_DISPLAY@@

즉 안드로메다은하에서 관측되는 스펙트럼선의 파장(@@NAMATH_INLINE@@\lambda_{\rm 관측}@@NAMATH_INLINE@@)이 그 스펙트럼선의 고유파장(@@NAMATH_INLINE@@\lambda_{\rm 고유}@@NAMATH_INLINE@@)보다 짧게 측정되었다는 것이다. 이는 안드로메다은하가 우리은하가 속한 국부은하군의 중심 방향으로 강한 중력을 받아 은하간 거리가 우주팽창 속도(약 70km/s)보다 훨씬 빠른 속도로 가까워지고 있다는 것을 의미한다(그림 2).

그림 2. 팽창하는 우주공간과 서로 가까워지는 우리은하와 안드로메다은하(M31)(출처: 이상성/한국천문학회)

관측에 의해 얻어진 안드로메다은하의 접선속도가 그리 크지 않기 때문에 안드로메다은하의 거리를 감안할 경우 약 40억년 후에 우리은하와 병합할 것으로 예상된다(그림 3). 그리고 약 70억년 후에 두 은하가 합쳐져 거대한 타원은하가 될 것으로 예측하고 있다.

그림 3. 안드로메다은하와 우리은하의 미래에 대한 상상도. (1) 현재 안드로메다은하(왼쪽 위에 작고 길쭉한 천체)와 은하수(아래 위로 길게 보이는 천체)의 위치. (2) 20억년 후의 모습. (3) 37억5천만 년 후의 모습. (4) 38억5천만 년 후의 모습. (5) 39억년 후의 모습. (6) 40억년 후의 모습. (7) 50억천만 년 후의 모습. (8) 70억년 후의 모습.(출처: )

천문학의 청색이동 현상은 그 외에도 다양한 천체에서 발견되는데, 쌍성계의 궤도운동에 의한 청색이동현상, 나선은하의 회전에 의해 관측되는 청색이동, 그리고 별탄생 영역, 활동은하핵 등에서 발견되는 쌍극분출류(outflow) 등에서 관측되는 청색이동 현상들이 그것들이다.