모든 은하는 모양에 따라 나선은하, 타원은하, 불규칙 은하로 분류된다. 타원은하의 별들은 불규칙한 궤도를 가지고 움직이며, 성간물질이 적으며, 새로 생성되는 별이 거의 없는, 나이가 많은 별들로 이루어져 있다. 타원은하는 하늘에 보이는 모습이 타원을 띄는 은하이다. 주로 은하단의 중심부에 위치하며, 많은 은하가 합쳐져서 만들어졌다고 알려졌다. 나선은하는 납작하고 회전하는 원반 모양을 가지고 있으며, 중심부와 나선 모양의 팔들로 이루어져 있다. 나선팔들은 성 간 먼지를 많이 포함하고, 많은 별이 형성되는 곳으로 푸른색을 띠고 있다. 나선은하들은 주로 나이가 많은 별들로 헤일로에 둘러싸여 있다. 안드로메다은하가 대표적인 나선은하이다. 이러한 불규칙한 모양은 다른 은하와의 상호작용으로 만들어진다. 불규칙은하는 나선은하와 타원은하로 분류할 수 없는 일정한 모양을 하지 않는다. 우주의 거대구조는 이러한 여러 은하가 모여서 이루는 구조를 의미한다. 이러한 거대 군집들은 다시 필라멘트와 그사이의 공동을 이루며 위치한다. 활동성 은하는 에너지를 상당 부분 별에서 방출하며 먼지, 성간물질 같은 것이 아닌 다른 에너지인 블랙홀에서 나오는 은하이다. 활동은하에서는 시퍼트은하, 퀘이사, 블레이저 등이 있다. 전파은하는 은하와 달리 일반적인 전파에서 강한 빛을 내며, 퀘이사는 우주에서 가장 밝은 은하 중 하나이다. 우주가 팽창하는 동안, 우주는 여러 중요한 단계를 거치게 된다. 빅뱅 이후 초기에는 우주가 급팽창이라고 불리는 아주 빠른 팽창을 겪었다고 생각되며, 이 때문에 우주가 현재 관측되는 것처럼 형성되었을 것으로 여겨진다.
물리 우주론은 우주가 어떻게 처음 생겨났고, 어떻게 진화했는지와 같은 근본적인 질문을 다루는 분야이다. 우주론의 밑바탕이 되는 이론은 우주가 약 138억년 전에 시공간의 한 점에서 시작되어 현재까지 왔다는 대폭발 이론이다. 우주 마이크로파 배경이 1965년에 발견됨으로써 대폭발 이론은 널리 알려지게 된다. 우주론의 연구 대상으로는 우주의 거대구조, 대폭발 핵 합성, 우주 마이크로파 배경, 암흑물질 등이 있다. 우주가 팽창하고 차가워짐에 따라 처음으로 중성 원자들이 만들어지게 되었고, 빛이 이온화된 전자들에 의해 방해받지 않고 여행할 수 있게 되어 우주가 투명해진다. 이때 발생한 빛이 지금의 우주 마이크로파 배경으로 발견된다. 그러나 빛을 아직 낼 수 있는 별들이 만들어지지 않았기 때문에, 이 시대를 우주의 암흑시대라고 부른다. 은하들이란 별들이 중력에 의해 모이면서 만들게 되고, 다시 중력에 의해 이 은하들이 존재하면서 은하군이나 은하단 같은 더 큰 구조들을 만들고, 이것이 우주의 거대구조를 형성하게 된다. 물질들이 밀도가 높은 지역으로 뭉치면서, 큰 가스 덩어리를 만들고, 처음으로 여기서 별들이 만들어지게 된다.
암흑 에너지와 암흑 물질 에너지는 우주론의 근본적인 구성성분이 되어왔으며, 두 성분을 합치면 우주 전체의 96%를 차지한다고 한다. 그러나 아직 암흑에너지와 암흑물질이 무엇인지는 아직 밝혀지지 않았으며, 현대 우주론의 중요한 미해결 문제 중의 하나이다. 우주에 존재하던 작은 밀도 요동으로부터 천체들이 처음으로 만들어지기 시작했다. 거대한 가스 덩어리들은 물질들이 밀도가 높은 지역으로 뭉치면서, 처음으로 여기서 별들이 만들어지게 된다. 이 별들은 핵융합을 통해 무거운 원소들을 만들게 되고, 이때 발생하는 빛들은 주위의 가스를 이온화시켜서, 그리하여 재전리하는 과정을 시작하게 된다.
이러한 물질들은 주로 온도가 낮은 별들, 분자운, 갈색왜성, 그리고 우주에서 주로 발견된다. 우주화학은 우주에서 발견되는 화학물질들을 연구하는 분야이며, 원소와 동위원소의 상대적인 비율을 연구한다. 이 두 분야는 화학과 천문학이 융합된 분야이다. 천문학은 다른 학문을 활발하게 발전시켜왔다. 예를 들어 고천문학은 고고학과 합쳐진 학문으로서 역사 또는 전통적인 천문학을 문화적인 측면에서 연구하는 학문이다. 또 다른 학문으로는 천문생물학이 있는데 지구 이외에도 생명체가 존재할 수 있다는 전제하에, 외계인의 존재와 진화에 대해 연구하는 분야이다.
이런 취미 활동뿐만 아니라 아마추어 천문가들은 연구에 꾸준히 큰 역활을 해왔다. 실제로 천문학은 지금도 아마추어 천문가들이 상당한 기여를 할 수 있는 몇 안 되는 학문 중의 하나이다. 예를 들어, 아마추어 천문가들은 처음으로 혜성을 발견해내기도 하고, 변하는 우주를 꾸준히 관측한다. 천문학은 아마추어들이 가장 많이 기여하는 과학 분야 중 하나이다. 비전문가들은 다양한 우주와 천문 현상들을 관측한다. 관측 대상으로는 일반적으로 혜성, 별, 행성, 달 등이 있다. 때로는 이런 관측에 자신들이 직접 준비한 장비가 사용되기도 한다. 일부 아마추어 사진작가들은 밤하늘이나 특정 별들의 사진을 찍기도 하는데, 이러한 사진을 천문사진이라고 부른다.
질량에 따른 별들의 분포는 어떻게 결정될까? 왜 별들이 생성될 당시의 초기질량 함수가 일정해 보일까? 이에 대한 대답을 찾기 위해서 별과 행성의 생성 과정에 대한 좀 더 깊은 연구가 필요하다. 왜 우주는 탄생했을까? 우리 우주를 균일하게 만든 급팽창은 왜 생겨났는가? 암흑물질과 암흑에너지의 본질은 어디에서 나오는가? 우주의 마지막 운명은 무엇인가?
비록 천문학은 우주와 그 성분들의 본질을 이해하는데 많은 발전을 이룩해 왔지만, 여전히 중요한 미해결 문제들이 남아 있다. 이러한 궁금증을 풀기 위해서는 새로운 우주 망원경, 그리고 새로운 이론과 실험 물리의 발전이 이루어져야 할 것이다.
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