(A slab cut from the cube generated by the Illustris simulation. It shows the distribution of dark matter, with a width and height of 350 million light-years and a thickness of 300000 light years. Galaxies are found in the small, white, high-density dots. Credit: Markus Haider / Illustris collaboration)
우주는 큰 구조로 보면 매우 특이한 구성을 하고 있습니다. 은하가 분포된 지역은 얼마 되지 않고 사실상 대부분이 빈공간이기 때문입니다. 우주는 마치 큰 거품들이 뭉친 것 같은 구조로 보이드(Void)라고 불리는 빈공간과 은하들이 뭉쳐서 존재하는 두 지역으로 나눌 수 있습니다. 물론 보이드에도 은하가 소수 존재하지만,사실상 거의 대부분 빈공간입니다.
최근 오스트리아, 독일, 미국 등의 천문학자 팀은 보이드와 은하가 있는 지역의 물질 분포를 조사했습니다.
참고로 COBE, WMAP, Flanck 같은 우주 배경 복사 관측 위성의 데이터에 따르면 우리가 아는 형태의 물질(바리온(Baryon)이라고 불리는)은 우주의 겨우 4.9%만을 차지할 뿐입니다. 나머지 26.8%는 보이지 않는 암흑 물질이며 2/3 가 넘는 68/3%는 정체를 알 수 없는 암흑에너지로 구성되어 있습니다.
연구팀은 3억 5천만년 정도 되는 크기의 가상 우주를 시뮬레이션했습니다. 이 우주는 빅뱅 이후 1200만년 후부터를 시뮬레이션했는데, 그 결과 50%의 물질은 은하 속에 존재하고 나머지 44%는 은하가 있는 우주의 그물인 필라멘트 구조에 존재하며 6%만이 보이드 내부에 존재하는 것으로 나타났다고 합니다.
하지만 실제로 관측된 바에 의하면 보이드 내에 물질은 전체 물질의 20%나 됩니다. 이 모순을 해결할 수 있는 가설 가운데 하나는 블랙홀에 의한 물질 이동입니다.
은하 중심 블랙홀은 막대한 물질을 흡수한 후 제트의 형태로 외부로 방출하게 됩니다. 이 물질의 방출은 상당한 양의 물질을 보이드 쪽으로 이동시키는 것으로 추정됩니다.
연구팀의 리더인 마커스 하이더 박사(Dr Markus Haider of the Institute of Astro- and Particle Physics at the University of Innsbruck in Austria)는 은하 중심 블랙홀이 우주의 가장 외로운 장소인 보이드로 물질을 보내는 역할을 하는 것이 이 모델에서 확인되었다고 설명했습니다. 뜻밖에도 블랙홀이 우주의 물질 분포에 큰 영향을 미치고 있다는 것입니다.
사실 물질의 대부분은 우주 전체의 부피의 1/500에 불과한 은하에 몰려 있습니다. 그리고 나머지 상당 부분은 텅빈 공간입니다. 그러나 이런 텅빈 공간도 사실은 미세하게나마 물질이 존재하고 간혹 은하도 볼 수 있습니다. 과연 이런 외로운 공간에서 살아가는 외계인은 어떤 생각을 하고 있을지도 궁금하네요.
참고
The new work appears in "Large-scale mass distribution in the Illustris simulation", M. Haider, D. Steinhauser, M. Vogelsberger, S. Genel, V. Springel, P. Torrey, and L. Hernquist, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Oxford University Press, in press. mnras.oxfordjournals.org/lookup/doi/10.1093/mnras/stw077
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