(The dark galaxy Dragonfly 44. The image on the left is from the Sloan Digital Sky Survey. Only a faint smudge is visible. The image on the right is a long exposure with the Gemini telescope, revealing a large, elongated object. Dragonfly 44 is very faint for its mass and consists almost entirely of dark matter. Credit: Pieter van Dokkum, Roberto Abraham, Gemini, Sloan Digital Sky Survey)
우주에 있는 물질-에너지의 대부분은 암흑 에너지입니다. 사실 물질 조차도 80%는 우리가 정체를 알지 못하는 암흑물질입니다. 사실 은하나 은하단은 물질만의 중력으로는 그 형태를 유지하기 힘듭니다. 암흑물질이 행사하는 중력으로 인해 우리가 보는 형태가 유지되는 것이죠. 하지만 이 중력을 행사하는 암흑물질의 정체는 오리무중입니다.
그런데 은하 가운데는 어떤 이유로든 물질이 아닌 암흑물질로 이뤄진 은하가 있습니다. 이런 은하들은 99%가 암흑물질이고 물질은 1% 수준에 불과해서 망원경으로 관측이 매우 어렵습니다. 글자 그대로 암흑 은하인 셈입니다. 암흑은하의 생성원인은 잘 모르지만, 아마도 기존의 은하가 대부분의 물질을 빼앗겨 생성된 것으로 보고 있습니다. 실제로 암흑은하는 대부분 작은 위성 은하로 더 큰 은하에게 물질을 빼앗긴 것처럼 보입니다.
하지만 예일 대학의 피에터 반 도쿰(Yale University astronomer Pieter van Dokkum)이 이끄는 연구팀은 Dragonfly 44라는 은하가 관측된 크기에 비해서 사실 매우 큰 질량을 가진 암흑 은하라는 사실을 밝혀냈습니다. 이들은 8미터 구경의 제미니 노스 망원경을 통해 이 은하를 관측했는데, 작고 불규칙해 보이는 외형과는 달리 태양 질량의 1조배에 달하는 거대한 질량을 지닌 은하라는 사실을 발견했습니다. 이는 우리 은하와 맞먹는 크기입니다. 그리고 기존의 암흑 은하보다 1만 배는 더 큰 크기입니다.
하지만 Dragonfly 44의 가장 놀라운 점은 물질의 비율로 일반적인 물질은 0.01%에 불과한 반면 보이지 않는 암흑 물질의 비중은 99.99%에 달했습니다. 과학자들은 어떻게 이런 형태의 은하가 형성될 수 있는지 궁금해 하고 있습니다.
암흑물질은 지난 수십 년간의 연구에도 불구하고 그 정체를 드러내지 않고 있습니다. 그러나 이 물질이 우주의 중력의 대부분을 행사한다는 점을 감안할 때 그 정체를 알아내는 것은 현대 과학이 직면한 가장 중대한 문제입니다.
참고
"A High Stellar Velocity Dispersion and ~100 Globular Clusters for the Ultra Diffuse Galaxy Dragonfly 44," Pieter van Dokkum et al., 2016 Sept. 1, Astrophysical Journal Letters: iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/828/1/L6 , Arxiv: arxiv.org/abs/1606.06291
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