원자력/우주항공

바리온 물질 기반의 기이한 왜소은하 발견

발행일 : 2019 / 11 / 28

중국과학원 국가천문대 등 기관의 연구팀은 근우주에서 특수한 왜소은하를 발견했다. 해당 왜소은하 수만 광년의 반지름 내에는 주로 바리온 물질로 구성되고 암흑물질은 그 중의 소부분을 차지한다. 이는 현재 표준 우주학적 모델 조건에서 왜소은하 형성 이론의 예언과 어긋난다. 따라서 차가운 암흑물질 가설에 질의를 던졌으며 고전적 왜소은하 형성 이론에 도전했다. 해당 성과는 “Nature Astronomy”에 온라인으로 게재됐다.

암흑에너지 및 차가운 암흑물질 기반의 표준 우주학적 모델에 의하면, 은하계는 암흑물질 헤일로에서 형성 및 진화됐다고 주장한다. 대질량 시스템에서 바리온 비율은 우주의 평균치에 달하는데 해당 비율은 다크 헤일로 질량의 감소에 따라 신속하게 감소된다. 저질량 시스템의 바리온 구속 능력은 비교적 강하기에 일반적으로 왜소은하 시스템의 바리온 물질 함량은 암흑물질에 비하여 매우 적다고 주장하고 있으며 이는 또한 은하계 및 일부 은하군의 위성은하에서 입증됐다. 큰 은하계와 달리 해당 위성은 하중의 수천 광년 반지름 내에도 주로 암흑물질이 존재한다.

연구팀이 발견한 특수한 왜소은하는 기존에 관측한 데이터 및 수치 시뮬레이션 예측 결과와 달리 해당 왜소은하의 중성수소로 피복된 영역(수만 광년)은 주로 바리온 물질로 구성됐다. 전형적인 왜소은하 시스템에서 해당 규모의 암흑물질 질량은 바리온 물질 질량의 10~100배이다. 특히 해당 왜소은하 대부분은 독립적인 시스템으로서 외계 환경이 미치는 영향을 받지 않는다. 현재 표준 우주학적 모델 조건에서 상응한 이론 또는 수치 시뮬레이션을 통해 해당 유형 은하의 형성을 해석할 수 없다.

동 왜소은하의 발견은 표준 우주학적 모델 및 해당 모델 조건에서의 은하계 형성 이론에 중대한 의문을 제기함으로써 암흑물질의 본질을 재검토할 필요성이 있다. 따뜻한 암흑물질 또는 퍼지 암흑물질(Fuzzy dark matter) 모델로 해당 유형 왜소은하의 형성을 더욱 쉽게 해석할 가능성도 있다.

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