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추정되는 왜소은하의 고리는 일시적인 효과일 뿐이다.

은하수: "불가능한" 위성의 수수께끼
추정되는 왜소은하의 고리는 일시적인 효과일 뿐이다.

신비한 은하 고리:
수십 년 동안 천문학자들은 우주론 규칙과 모순되는 은하수에 있는 11개의 작은 위성 은하의 배열에 대해 의아해했다. 그들은 모두 하나의 평면에서 궤도를 도는 것처럼 보인다. 새로운 분석에 따르면 겉보기에 고리 모양의 배열은 기만적이며 일시적인 우연의 결과로만 나타난다. 실제로 왜소은하는 완전히 다른 평면으로 움직이며 이미 수억 개에 흩어질 것이다. 

▲ 은하수와 함께 오른쪽 아래에 보이는 마젤란 성운을 포함하여 몇 개의 왜소은하가 있다. 그러나 이 위성들의 배열은 50년 동안 미스터리였다. © ESA/Gaia/DPAC, A. Moitinho, CC-by-sa IGO 3.0

우리 은하는 홀로 공간을 이동하지 않는다. 시간이 지남에 따라 많은 작은 은하와 마주쳤다. 그것은 이 왜소 은하의 일부를 찢고 흡수했으며, 다른 은하들은 우리 고향 은하의 위성이 되었다. 이러한 위성 은하에는 마젤란 성운, 화로자리, 궁수자리, 조각가 은하, 사자자리 I 및 사자자리 II 왜소은하 등이 포함된다.

난쟁이 은하 반지의 수수께끼

이상한 점은 11개의 고전적인 위성 은하가 가지런히 일렬로 은하수를 공전하는 것처럼 보인다는 것이다. 그들은 위성 평면이라고도 하는 얇은 고리를 형성한다. 그러나 그러한 고리는 현재의 우주론 모델, 특히 우리 은하의 암흑물질 분포와 모순된다. 이는 은하수의 구형 헤일로에 집중되어 있어 모든 방향의 위성에 거의 균일한 인력을 발휘하기 때문이다.

▲ 은하수와 위성 은하 © Richard Powell/ 퍼블릭 도메인

따라서 현재 모델에 따르면 위성 은하도 구형 구에서 무질서한 방식으로 은하수를 공전해야 한다. 대신 그들은 좁은 벨트를 형성하는 것처럼 보인다. 헬싱키 대학의 틸 사왈라(Till Sawala)와 그의 동료들은 "공전하는 인공위성 평면을 설명할 수 있는 알려진 메커니즘은 없다"고 말했다. "이 소위 '위성 수준 문제'는 우주론적 ΛCDM 모델뿐만 아니라 암흑 물질의 전체 개념과도 모순된다.“

Sagittarius, Fornax 등의 신선한 모습

하지만 이 불일치를 어떻게 설명할 수 있을까? 이 질문은 50년 이상 천문학자들을 사로잡아 왔다. 그러나 지금까지 그들은 왜소 은하의 이상하게 밀집된 배열을 설명할 수 있는 메커니즘을 찾지 못했다. 답을 찾기 위해 Sawala와 그의 팀은 가이아 위성의 최신 데이터를 사용하여 11개의 고전적인 위성 은하의 궤도와 움직임을 다시 한번 평가했다.

분석은 두 가지 새로운 통찰력을 제공했다. 한편으로는 11개의 왜소은하가 이전에 가정한 것보다 덜 가깝다. 위성 평면은 16도가 아닌 23.2도를 커버한다. Sawala와 그의 팀이 발견한 실제 반지와 일치한다. 대신, 사자자리 I과 사자자리 II를 포함하여 이러한 왜소은하 중 일부는 추정 고리를 가로질러 움직인다.

일반적인 궤도 대신 무작위 결합

이것이 의미하는 것은 가정된 위성 은하의 벨트는 한 평면에서 위성 은하의 순전히 우연한 만남을 기반으로 한다. 태양계의 행성들이 때때로 합을 형성하고 일렬로 정렬하는 방식과 유사하게 이것은 은하수의 왜소은하도 마찬가지다. "우리는 이제 이 위성 수준이 단지 우연의 일치라는 것을 알고 있다. 이것은 적절한 시간에 적절한 장소에 있는 전형적인 사례다"고 영국 Durham University의 공동 저자인 Carlos Frenk는 설명한다.

▲ 과거, 현재, 미래의 위성 은하 배열. © Sawala et al./Nature Astronomy, CC-by 4.0

우리가 알고 있는 별자리가 멀리 떨어져 있고 서로 연결되어 있지 않은 별들이 우연히 배열된 것처럼 보이듯이 위성 은하도 균일한 고리를 형성하는 것처럼 보인다. "우리가 10억 년 후에 전체를 다시 본다면 이 고리는 오래 전에 사라졌을 것이다"고 Frenk는 말했다. 계산에 따르면, 왜소은하들은 불과 수억 년 만에 분명히 떨어져 나갔을 것이다.

우주론적 모델이 다시 적합하다.

따라서 수십 년 동안 존재해 온 우리 은하의 "위성 수준"에 대한 수수께끼가 풀렸다. 이것은 또한 현재의 우주론적 모델과 암흑 물질의 개념에 대한 주장된 모순을 명확히 한다. 이러한 모델에 따라 가정된 것처럼 은하수의 중력 효과는 대체로 헤일로에 있는 암흑 물질의 구형 분포와 일치한다.

"따라서 우리는 차가운 암흑 물질 이론에 대한 가장 큰 도전 중 하나를 제거했다"며 "이 우주론적 모델은 우리 우주의 진화에 대한 놀랍도록 정확한 설명으로 남아 있다"고 프렝크는 말했다.
(Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01856-z)
출처: 더럼 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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