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은하의 발전

은하의 발전1998024026 양성모은하는 처음 별들과 마찬가지로 어떤 임계점에 다다른 하나의 큰 가스로부터 시작된다. 그 밀도가 주변보다 상대적으로 높은 구름은 초기 우주의 미세한 요동에 의해서 생긴 것. 초기우주에서의 작은 밀도의 차이가 우주가 팽창하면서 점점 더 그 차이가 커지게 되어서 은하를 만들 수 있게 되었다.나선은하형성의 이론으로는 크게 ELS 모델과 SZ모델이 있다.ELS 모델 - 하나의 큰 구름이 각운동량을 보존해가면서 수축한다는 이론.먼저 생성된 별들이 구상성단들이고 이심률이 큰 타원궤도를 돌게 되고 더욱더 수축해 가면서 디스크와 벌지를 구성하게 된다. 이 경우에 구상성단등 헤일로의 별들과 bulge에 있는 별들과의 나이문제가 생기게 되는데, 구상성단이 나이가 가장 많아야 한다. 실제 관측에는 중심부분에서 더 오래된 별이 있다고 관측된다.SZ 모델 - 여러개의 구름들이 각기 별을 생성하기 시작하고 그런 구름들이 병합과정을 거쳐서 은하가 생성된다는 이론.최근 연세대학교 이영욱 교수가 오메가센타우리 구상성단을 은하라고 밝혀낸 것은 이 이론을 지지하는 강력한 증거라고 할 수 있다. 통상적으로 헤일로 부분은 ELS 안쪽은 SZ모델이 잘 맞는 걸로 알려져 있음.타원은하의 경우도 아직 정립된 이론이 없고 단지 처음 가스의 수축시 나선은하보다 훨씬 높은 비율의 별의 생성이 일어나서 나선은하같은 구조가 되지 않고 속도분산이 큰 구 형태로 뭉쳐지게 되었다는 것이 정설로 받아들여 지고 있다.하지만 여러 실험에서 나선은하끼리의 충돌시 타원은하가 생성된다는 것이 강력해 대두되고 실제 관측도 그런 결론을 지지하는 것들이 점점 나타나게 된다. 특히 거대타원은하(CD galaxy)는 여러 은하의 병합에 의한 것이라는 것이 거의 확실시된다.대부분의 은하는 은하단 안에 속해 있는데 그 은하단을 생성 또한 은하의 이론같이 두 가지로 나누어 진다. 은하가 먼저냐, 은하단이 먼저냐는 것인데 이러한 은하단의 형성은 암흑물질과도 관련이 있다. 또한 그것은 암흑물질이 뜨겁냐, 차갑냐에 따라서 달라진다. 은하단의 형성에서 top-down(하나의 큰 구름에서 은하가 생겨남)이냐 아니면 bottom-up(은하가 먼저 생겨나고 나중에 그것들이 중력적으로 뭉쳐 은하가 형성됨)이냐를 결정하는 중요한 요소는 밀도의 분포이다. 밀도가 어떤 한계보다 균일하다면 아무래도 은하가 먼저 생겨 뭉치기 보다는 먼저 은하단의 규모자체가 생성이 될 것이다.Hot dark matter(HDM)는 초기우주에서 생성된 뉴트리노를 말한다. 이것은 질량이 제로인지 아니면 아주 조그만 질량을 가지고 있는지 아직 밝혀지지 않았지만 이것은 매우 불규칙적인 속도를 가지고 있다. (마치 뜨거운 가스안의 원자같이) 그래서 hot dark matter라고 불려지고 이것이 매우 빠르게 밀도가 상대적으로 높은 지역과 낮은 지역을 오가면서 초기의 파동을 낮추는 역할을 하게 되는 것이다.Cold dark matter(CDM)은 WIMPS같은 원자와 질량이 비슷한 가상적인 입자의 존재를 가정하는데 이것은 서로 매우 약하게 상호작용을 하고 서로 충돌하는 일도 거의 없고, random motion이 매우 작다. - 마치 낮은 온도의 가스안의 원자처럼- 그래서 CDM이라 함. 따라서 위와 반대로 은하구조가 먼저 형성이 되는 bottom-uo구조를 예견.이것이 중요한 이유는 우주의 진화를 시뮬레이션 함에 있어서 초기 조건을 주게 되는데 암흑물질의 종류에 따라서 크게 좌우되기 때문.최근에는 CDM모델이 대체적으로 받아들여지는 추세.나선은하의 진화 (나선팔의 원인)나선은하는 어떻게 나선팔의 구조를 가지고 있냐는 밀도파 이론에 의해서 설명. 하지만 밀도팔 이론 자체도 완벽한 것은 아니다.밀도파는 은하의 나선 구조를 중력적 불안정(Lindblad Resonance)에서 결과되는 파도의 모양으로 생각한다. 이 밀도파는 그 파형이 안정된 상태로 별이나 성간 물질 사이를 그대로 움직여가는데 밀도파는 물질의 은하 회전 속도보다 느린 속도로 회전한다. 밀도파의 존재는 물질의 분포가 일정하지 않다는 것을 의미하는데 그러므로 중력 퍼텐셜이 은하 원반의 어느 위치에 있느냐에 따라 다르게 된다. 별이나 성간 물질은 중력 퍼텐셜이 낮은 곳에 집중되고 이 물질 집중의 차이가 다른 별이나 기체 구름의 궤도에 영향을 준다.밀도파는 그 자체로 유지되는 형상으로서 인정된 것으로 이 밀도파에 의해서 생겨난 나선의 형내는 물질에 묶여 있는 것이 아니고, 물질을 통하여 지나가는 것입니다.이 이론에 따르면 그 형태의 각속도는 물질의 각속도와는 상당히 틀릴 수가 있는데 그래서 나선팔에 집중된 기체와 티끌에서 생겨난 별들은 마침내 그 나선팔로부터 빠져 나온다는 것. 중력 퍼텐셜의 극소 부근에 집중된 기체는 광범위하게 나선팔의 형태를 규정.밀도파 모형은 2개의 팔을 가진 나선 구조를 가정한다. 그 나선 밀도파는 은하의 평면을 휩쓸고 지나간다. 그러나 이 설은 아직은 밀도파의 기원과 그 장기간의 지속 이유를 설명하지 못한다. 은하 원반에 있는 기체는 이 밀도파의 등에 쌓이는데 압력과 밀도의 증가에 따라 기체가 갑자기 가열되면 밀도파의 전면을 따라 충격파가 형성된다. 이 충격파가 기체 구름의 응축을 유발해서 거대한 분자구름의 복합체를 이루고 그로부터 젊은 별과 H2 영역이 형성.이러한 압착이 또 기체로부터 티끌을 만들어 내어서 충격파 전면을 따라 얇은 티끌의 줄이 형성. 밀도파에 의한 성간 매질은 압축이 나선팔에 연결된 형태를 만들어 내는데 새로 형성된 OB 별의 짧은 생존 기간 동안에 밀도파는 다만 짧은 거리밖에 움직이지 못해서 이 OB 별들은 그것이 지속되는 동안은 명백한 나선팔의 표지가 된다. 밀도파가 움직여 나감에 따라 더 많은 별의 형성을 자극하여 이들이 급속히 사라져 버리는 별들을 대신하게 된다. 이렇게 해서 나선팔은 밀도파에 의한 계속적인 파멸과 생성에 의해서 지속되는 것.성단은 두가지의 종류가 있다는 설을 뒤집는 우리나라 연구진의 가설(연대 자외선 우주망원경연구단).- 기존에 두 가지 색지수 판별로 두 가지의 성단이 있다고 알고 있지만 실은 그것이 관측 중 다른 별의 간섭현상에 의해 두 종류처럼 보일 뿐이지 실제로는 한 개의 성단이라는 설.이 결과 은하는 수많은 작은 은하들이 먼저 만들어지고 이들 은하가 합쳐지면서 타원형은하가 형성된다는 계층적 우주론 주장 뒷받침.우주와 은하의 진화는 상상 이상으로 빨랐다?(일본 도쿄대학 연구그룹)- 우주 안에서 은하는 흩어져 존재하고 있는 것은 아니다. 다수의 은하가 모인 영역과 은하가 존재하지 않는 영역이 있다. 은하가 존재하지 않는 영역은 ‘보이드(공동)’라 불리며, 은하가 모인 영역이 그 주위를 벽처럼 에워싸고 있다.비누 거품을 예로 들면 거품의 막 부분이 은하의 밀집 영역, 거품 안이 보이드인 셈이다. ‘거품’ 하나의 크기는 수억 광년이다.우주 전체의 은하 분포는 이 ‘거품’이 무수하게 달라붙은 듯한 구조로 되어 있다. 이 같은 구조는 ‘대규모 구조’라고 불린다. 우주는 137억 년이라는 세월에 걸쳐 이런 구조를 진화시켜 온 것으로 생각된다.초기 우주에서 필라멘트 구조를 확인일본 도쿄 대학 등의 연구 그룹은 최근에 120억 광년 저쪽, 즉 탄생 후 20억 년쯤 지난 초기 우주에서 대규모의 은하 밀집 영역을 발견했다. 현재의 우주에서 대규모 구조를 만들고 있는 ‘거품’에 필적하는 지름 2억 광년에 이르는 구조이다.실은 이 영역에 은하가 밀집해 있는 것은 이전부터 알려져 있었다. 연구 그룹은 수소에서 강하게 나온다고 알려져 있는 파장의 빛만을 통과시키는 특수 필터를 개발했다. 이 필터와 스바루 망원경을 사용해 관측한 결과, 지금까지 0.5억 광년 정도의 구조라고 생각되었던 것이 전체의 일부에 지나지 않음을 알게 된 것이다.또한 연구 그룹은 이 구조의 모양을 3차원적으로 상세하게 조사해서 끈 같은 필라멘트 모양임을 알게 되었다. 초기의 우주에서 이와 같이 거대한 필라멘트 구조가 확인된 것은 처음이다. 우주의 구조 진화는 종래의 예상보다 한층 빠른 단계에서 진행되었을 가능성이 있다.

자연과학| 2006.12.17| 4페이지| 1,000원| 조회(272)

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