(This is a long-exposure image from NASA's Hubble Space Telescope of massive galaxy cluster Abell 2744. It shows some of the faintest and youngest galaxies detected in space. Credit: NASA/ESA/STScI)
은하단은 우주에서 가장 큰 집단입니다. 대형 은하단은 1000개 이상의 대형 은하와 이보다 훨씬 많은 수의 작은 은하로 구성되어 있습니다. 하지만 과학자들은 은하단에 있는 막대한 양의 별과 가스의 중력으로는 은하단이 유지될 수 없다는 사실을 알고 있습니다. 아직 그 정체를 모르지만 물질보다 훨씬 많은 암흑 물질이 없다면 은하단은 물론 은하도 유지될 수 없습니다. 과학자들은 암흑 물질의 정체를 밝히기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다.
미시간 대학 및 영국 버밍햄 대학 (University of Michigan in the US and the University of Birmingham in the UK 의 과학자들이 이끄는 국제 과학자 팀은 Local Cluster Substructure Survey (LoCuSS) 데이터를 분석해 은하단을 구성하는 3대 물질인 암흑 물질, 별, 그리고 별과 은하 사이의 뜨거운 가스의 비율을 연구했습니다.
참고로 이 데이터는 12년에 걸쳐 여러 지상 및 우주 관측 장치 - Chandra and XMM-Newton satellites, the ROSAT All-sky survey, Subaru telescope, United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT), Mayall Telescope, the Sunyaev Zeldovich Array, and the Planck satellite - 에서 수집한 1000만 개의 파장 데이터를 포함하고 있습니다. 연구의 리더인 아르바 파라히 박사 (Dr. Arya Farahi)는 이 데이터를 정교한 통계적 모형과 알고리즘을 통해 분석했습니다.
그 결과 흥미롭게도 물질 대 암흑 물질의 비율은 거의 일정한 것으로 나타났습니다. 일부 왜소 암흑 은하처럼 암흑 물질만 풍부한 경우도 있지만 은하단 단위로 보면 거의 균등하다는 이야기입니다. 동시에 이 이야기는 별과 뜨거운 성간 가스 둘 중에 하나가 많으면 다른 하나는 적다는 이야기이기도 합니다.
이 연구가 암흑 물질의 정체를 알려주지는 않지만, 암흑 물질의 독특한 특징을 알려주는 단서는 될 수 있습니다. 어떻게 해도 보이지는 않지만 어디에나 물질과 같은 비율로 존재하는 암흑 물질의 비밀이 언젠가는 밝혀질 것으로 기대합니다.
참고
Arya Farahi et al. Detection of anti-correlation of hot and cold baryons in galaxy clusters, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-10471-y. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10471-y
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