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우주 이야기 231 - 생각보다도 더 거대한 초거대 은하단 El Gordo


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 지난 2012 년 유럽 남방 천문대 (ESO) 의 VLT 및 기타 지상 망원경과 나사의 찬드라 X 선 관측 위성은 지구에서 약 70 억 광년 떨어진 초거대 은하단 ACT-CL J0102-4915 을 찾아냈습니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2012/07/77-el-gordo.html 참조) 이 거대 은하단은 스페인어로 뚱뚱한 혹은 거인이라는 뜻의 El Gordo (the fat one) 이라는 별명으로 알려져 있습니다. 발견 당시 태양 질량의 2000 조배에 달하는 초거대 질량 은하단으로 그때까지 발견된 원거리 은하단 가운데 가장 큰 은하단으로도 알려져 있습니다.




(2012 년 발견 당시 설명 영상) 



(허블 우주 망원경 영상 This is a Hubble image of the most massive cluster of galaxies ever seen to exist when the universe was just half its current age of 13.8 billion years. The cluster contains several hundred galaxies.
Image Credit: NASA, ESA, and J. Jee (University of California, Davis)) 


 이 은하단이 발견된 이후 과학자들은 허블 우주 망원경을 이용해서 더 상세한 관측을 시행했습니다. 그 결과 이 은하단은 본래 생각했던 것 보다도 더 거대하고 더 멀리 떨어져 있다는 결과가 나왔습니다. 이 연구의 주저자인 캘리포니아 대학의 제임스 지 (James Jee of the University of California at Davis) 와 그 동료들은 이 초거대 은하단이 우주 초기의 놀라운 모습을 보여주는 증거라고 언급했습니다. 


 왜냐하면 이 연구 결과 이 은하단의 질량은 기존의 예상보다 43% 더 큰 태양 질량의 3000 조 배 (300 million billion) 에 달하고 위치도 지구에서 97 억 광년으로 멀어졌기 때문입니다. 그렇다면 우리는 138 억년의 우주 역사의 중간이 아니라 상대적으로 100 억년 정도 이전의 초기에 형성된 초거대 은하단의 모습을 보고 있는 셈입니다.


 이 거대 은하단은 발견 당시부터 꽤 뜨거운 가스를 가지고 있었는데 이것은 이 은하단이 실제로는 2 개 의 은하단이 서로 충돌하면서 형성된 은하단이라는 증거로 생각되고 있습니다. 두개의 은하단이 충돌하면서 가스가 가열되어 멀리서도 관측이 용이했던 것이죠. 그리고 이와 같은 충돌을 일으키는 중력의 대부분은 물질이 아닌 암흑 물질이 제공하는 것으로 생각됩니다. 암흑 물질은 지금까지 어떤 방법으로도 관측하는데 실패했지만 우리 은하와 은하단이 흩어지지 않고 중력으로 묶여있기 위해서 반드시 존재할 것으로 생각되는 물질입니다. 


 연구자들은 이 은하단을 관측하므로써 암흑 물질의 분포는 물론 거대 은하단이 서로 충돌하면서 나오는 X 선 방출 가스와 은하들의 이동을 연구하고 있습니다. 초기 은하단이 이렇게 빠른 시기에 서로 충돌해서 또 다른 거대 은하단을 만들었다는 것은 꽤 흥미로운 결과 같습니다. 


 초기에 질량과 거리 예측이 어려웠던 이유에 대해서 연구팀은 이 은하단의 거대 질량으로 인한 중력 렌즈 현상과 더불어 우리가 3 차원적인 거대 은하단의 한쪽 면만 보고 있기 때문이라고 설명했습니다. 이는 거인의 모습을 한쪽에서 보고서 어떤 모습인지 파악하는 것과 비슷합니다. 우리는 거인의 앞모습이나 혹은 등처럼 한쪽만 보고 있는 셈이고 멀리 떨어진 거리 때문에 기준으로 삼을 만한 다른 천체도 애매한 상태입니다. 따라서 현재 있는 최고의 관측 장비로도 정확한 측정에 애를 먹었던 것입니다.  


 향후 과학자들은 미래에 등장할 더 강력한 망원경과 이제까지의 관측 기술을 통해 멀리 떨어진 거대 은하단의 질량과 위치를 더 정확하게 측정이 가능할 것입니다. 그렇게 되면 El Gordo 보다 더 큰 은하단을 발견하지 말라는 법도 없을 것입니다. 과연 은하단이 어디까지 커질 수 있는지도 궁금합니다. 


 이 연구는  Astrophysical Journal 에 실렸습니다.             
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 참고


Journal Reference:
  1. M. James Jee, John P. Hughes, Felipe Menanteau, Cristóbal Sifón, Rachel Mandelbaum, L. Felipe Barrientos, Leopoldo Infante, Karen Y. Ng. WEIGHING “EL GORDO” WITH A PRECISION SCALE:HUBBLE SPACE TELESCOPEWEAK-LENSING ANALYSIS OF THE MERGING GALAXY CLUSTER ACT-CL J0102–4915 ATz= 0.87. The Astrophysical Journal, 2014; 785 (1): 20 DOI: 10.1088/0004-637X/785/1/20
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