안드로메다는 밤하늘에서 맨눈으로 볼 수 있는 가장 가까운 이웃 은하다. 하지만 사실은 우리가 예상하는 것보다 훨씬 낯선 곳일지도 모른다.
우주 천문학의 표준 모델에 따르면, 큰 은하 주위의 위성은하들은 그 은하의 암흑물질 헤일로에 잡혀 있으면서도, 방향과 거리면에서는 무작위로 흩어져 있어야 한다고 본다. 중력이 일으키는 자연스러운 배치, 이렇게 되는 게 정상이라는 뜻인 것으로 보인다. 그런데 안드로메다는 정상이 아니었다.
2013년, 천문학자들은 이 은하 주위를 도는 37개의 위성은하를 관측한 것으로 전해진다. 놀라운 발견이 나왔다. 이들 중 상당수가 거의 한 평면 위에 가지런히 정렬되어 있었던 것. 마치 LP판처럼, 지름은 약 100만 광년이지만 두께는 겨우 3만 광년에 지나지 않는 얇은 원반 모양이었다. M110, M32, NGC 185 같은 이름 있는 위성은하들이 여기에 포함돼 있었다.
이것만 해도 "어? 이상한데?" 하는 정도였다면, 다음이 나왔을 때는 상황이 달라졌다.
2025년, 다른 방식의 관측이 완전히 다른 이상 현상을 드러냈다. 이번엔 정렬이 아니라 '쏠림'이었다. 37개의 위성은하 중 36개가 하늘의 한쪽 방향, 겨우 107도라는 좁은 범위에 몰려 있었던 것으로 보인다. 남은 M110 하나만 유일하게 그 틀을 벗어나 있었다.
이 현상이 우연일 확률은 얼마나 될까. 시뮬레이션을 300번 돌렸을 때 이런 극단적인 비대칭이 나온 경우는 1회 정도였다고 한다. 수학적으로 보면, 이를 단순한 우연으로 치부하기엔 가능성이 너무 희박하다는 의미다.
여기서 핵심은 다음인 것으로 보인다. 2013년의 정렬 현상과 2025년의 쏠림 현상. 이 둘은 독립적으로, 다른 시기에, 다른 관측 방법으로 발견되었다. 그런데 둘 다 같은 결론을 가리키고 있다. 위성은하들이 "제멋대로 흩어져 있지 않다"는 것으로 보인다.
안드로메다와 우리은하 사이의 중력만으로 이 정도의 비대칭을 설명할 수 있는가. 지금까지의 연구로는 그렇지 않다는 것으로 보인다. 그렇다면 뭔가 다른 메커니즘이, 우리가 아직 모르는 힘이 작용하고 있을 수도 있다는 가설을 낳는다.
더 흥미로운 점은, 이 패턴이 시간이 지나면서 흐릿해지는 게 아니라 오히려 명확해지고 있다는 것으로 보인다. 망원경 성능이 좋아지면서 더 어두운 위성은하가 추가로 발견될수록, 이 비대칭 현상은 점점 뚜렷해진다고 한다. 만약 이것이 관측 오차나 샘플 부족 때문이었다면, 데이터가 쌓일수록 그 오차는 평준화되어 사라져야 한다. 그런데 거꾸로 가고 있는 셈인 것으로 보인다.
이는 단순한 우주의 신기로운 현상이 아니라, 우리의 우주 이해에 대한 의문을 제기한다. 암흑물질 헤일로 모델이 모든 것을 설명할 수 없을 수도 있다는 암시다. 안드로메다의 이 수상한 위성들이, 우주론에 어떤 새로운 페이지를 열 것인지는 아직 열려 있다.