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우주 이야기 765 - 암흑 물질 없이 물질로만 구성된 은하



(Composite color image of NGC1052-DF2 constructed from observations using the Gemini Multi Object Spectrograph (GMOS) on Gemini North on Hawai'i's Maunakea. The ultra-diffuse galaxy was observed using deep imaging in two filters (g' and i'). Credit: Gemini Observatory/NSF/AURA/Keck/Jen Miller)

(Left: The ultra-diffuse galaxy is rich in globular clusters, which hold the key to understanding this mysterious object's origin and mass. Right: A closer look at one of the globular clusters within the galaxy, which are all much brighter than typical, the brightest emitting almost as much light as the brightest within the Milky Way. The spectrum, obtained by Keck Observatory shows the absorption lines used to determine the velocity of this object. Ten clusters were observed, providing the information needed to determine the mass of the galaxy, revealing its lack of dark matter. Credit: Gemini Observatory / NSF / AURA / W.M. Keck Observatory / Jen Miller / Joy Pollard)


 과학자들이 지금까지의 은하 생성 이론을 뒤집을 수 있는 새로운 형태의 은하를 발견했습니다. 예일대의 Pieter van Dokkum와 그 동료들은 켁 망원경과 제미니 망원경, 그리고 허블 우주 망원경을 비롯한 여러 망원경의 관측 결과를 토대로 지구에서 6500만 광년 떨어진 희미한 은하인 NGC1052-DF2이 암흑 물질이 거의 없는 은하라는 연구 결과를 저널 네이처에 발표했습니다.

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우주를 구성하는 물질은 중력을 행사하는 물질의 극히 일부에 불과합니다. 우주에 존재하는 물질의 80%는 아직 그 정체를 모르는 암흑 물질입니다. 하지만 이들이 행사하는 중력이 없다면 은하나 은하단이 그 형태를 유지할 수 없기 때문에 과학자들은 그 존재를 확신하고 있습니다. 더 나아가 은하나 은하단이 형성 될 수 있는 것 역시 암흑물질이 행사하는 중력 덕분에 가능했다고 보고 있습니다. 

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 NGC1052-DF2 은하는 ultra diffuse galaxy 라는 별과 가스가 매우 희박한 형태의 은하입니다. 사실 이런 은하는 그렇게 드물지 않지만 연구팀은 이 은하에서 암흑물질의 증거가 발견되지 않는다는 사실을발견하고 매우 놀라지 않을 수 없었습니다. 기존의 은하 생성 이론을 뒤집는 결과이기 때문입니다. 


 하지만 놀라운 과학적 발견은 항상 놀라운 증거가 뒷받침 되어야 합니다. 연구팀은 제미니 망원경에 설치된 Gemini Multi Object Spectrograph (GMOS) 장치를 이용해 이 은하가 다른 은하와 중력 상호 작용을 하는지 검증 했습니다. 그 결과 이 은하가 다른 은하와 중력으로 상호 작용을 할 만큼 암흑물질을 가지지 않았다는 사실을 확인했습니다. 

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 더 나아가 연구팀은 켁 망원경에 설치된 Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS)와 Low-Resolution Imaging Spectrometer (LRIS)를 이용해 이 은하에 있는 구상성단 10개의 이동 속도를 측정했습니다. 그 결과 이 구상성단 역시 속도가 매우 느렸는데 이는 중력을 행사하는 암흑물질이 전혀 없다는 점을 시사하는 것입니다. 


 연구팀은 어떻게 이런 은하가 형성될 수 있는지 확실하게 설명할 수 없지만, 인근에 있는 대형 타원 은하인 NGC 1052이 원인일 가능성을 생각하고 있습니다. 어쩌면 이 은하는 물질과 암흑물질 모두를 이웃 대형 은하에 빼앗기면서 이 과정에서 물질만 일부 남은 것일지도 모릅니다. 만약 그 이유를 밝힌다면 미스터리인 암흑 물질의 정체를 밝힐 중요한 단서를 얻을 수 있을지 모릅니다. 


 연구팀은 앞으로 이런 은하가 더 존재하는지 여부를 계속해서 찾을 계획입니다. 


 참고 


More information: A galaxy lacking dark matter, Nature (2018). nature.com/articles/doi:10.1038/nature25676

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