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우주 이야기 1072 - 우주에 있는 물질의 평균 밀도는?




 (The team determined that matter makes up about 31% of the total amount of matter and energy in the universe. Cosmologists believe about 20% of the total matter is made of regular -- or "baryonic" matter -- which includes stars, galaxies, atoms, and life, while about 80% is made of dark matter, whose mysterious nature is not yet known but may consist of some as-yet-undiscovered subatomic particle. Credit: Mohamed Abdullah, UC Riverside.)





(Like Goldilocks, the team compared the number of galaxy clusters they measured with predictions from numerical simulations to determine which answer was "just right." Credit: Mohamed Abdullah, UC Riverside.)




 우주에 있는 물질의 밀도는 얼마 정도 될까요. 이 질문에 대해 캘리포니아 대학 리버사이드 캠퍼스의 과학자들이 대답을 내놓았습니다. 모하메드 압둘라 (Mohamed Abdullah, a graduate student in the UCR Department of Physics and Astronomy)와 그 동료들은 우주에 있는 물질과 에너지 총합의 31%가 물질이며 이는 입방 미터당 수소 원자 6개가 있는 수준이라고 추정했습니다. 그런데 실제로 물질 가운데 80%는 아직 그 정체를 모르는 암흑 물질이라서 실제 물질의 밀도는 훨씬 낮습니다. 거의 입방 미터 당 수소 원자 하나인 셈입니다. 



 사실 우주에 있는 물질의 양을 정확히 측정하는 일은 당연히 간단한 문제가 아닙니다. 물질의 대부분이 암흑 물질인 점을 고려하지 않더라도 망원경으로 관측할 수 있는 물질 역시 제한적이기 때문입니다. 은하 질량의 상당 부분은 은하 헤일로에 존재하고 은하단 역시 은하 사이 공간에 은하만큼의 질량을 지니고 있으며 은하단 밖에도 물질은 존재합니다. 따라서 관측된 천체를 기준으로 우주에 있는 모든 물질의 총량을 계산하기는 매우 곤란합니다. 



 따라서 연구팀은 여러 차례의 우주 형성 시뮬레이션을 돌려 현재 관측 결과와 가장 부합하는 우주 모델을 만들어 평균 밀도와 분포를 추정했습니다. 이 연구를 위해 연구팀은 Sloan Digital Sky Survey (SDSS) 데이터를 분석했습니다. SDSS 데이터 가운데 은하단 관련 데이터인 GalWCat19로 GalWeight라는 분석 툴을 만들고 이를 이용해 시뮬레이션 모델의 정확도를 높인 것입니다. 



 우주의 밀도는 우주의 진화와 형성을 결정 짓는 중요한 요소입니다. 과학자들은 여러 가지 방법을 통해 더 정확한 값을 추정하기 위해 노력하고 있습니다. 정확한 실제 값을 자신 있게 말하기 위해서는 여러 방법을 통해 같은 결론을 얻어야 할 것으로 생각됩니다. 



 참고 



Mohamed H. Abdullah et al, Cosmological Constraints on Ω m and σ 8 from Cluster Abundances Using the GalWCat19 Optical-spectroscopic SDSS Catalog, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/1538-4357/aba619


https://phys.org/news/2020-09-scientists-precisely-total-amount-universe.html
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