37억 5천만년 후 지구의 밤하늘에 나타날 수 있는 은하수와 안드로메다의 잠재적 합병에 대한 전망. 신용:ESA/NASA 거의 한 세기 동안 천문학자들은 우주가 팽창하고 있다는 사실을 알고 있었습니다. 대부분의 은하계는 공간 자체의 흐름에 따라 바깥쪽으로 이동합니다.
그러나 우리 우주 뒷마당에는 한 가지 완고한 예외가 남아 있습니다. 안드로메다 은하계는 은하수를 향해 질주하고 있는 반면, 근처에 있는 다른 많은 은하계들은 멀어지고 있습니다. 사실, 두 은하계는 충돌할 것으로 예상됩니다. 안드로메다 은하는 약 45억년 후에 우리 은하와 합쳐져 종종 “밀코메다”라고 불리는 새로운 타원 은하를 형성할 것입니다.
이제 새로운 일련의 상세한 컴퓨터 시뮬레이션은 이 기괴한 매력에 대한 답이 수천만 광년에 걸쳐 뻗어 있는 보이지 않는 암흑 물질 구조에 있을 수 있음을 시사합니다. 우리 우주 이웃을 구형으로 둘러싸는 대신, 바로 너머의 질량이 거대하고 편평한 시트를 형성하는 것처럼 보입니다.
자연 천문학에 보고된 발견 , 은하 운동에 관한 오랜 수수께끼를 우주론의 선도적인 모델과 조화시키는 방법을 제공합니다.
이상할 정도로 조용한 동네
천문학자들은 1920년대에 처음 측정된 은하의 꾸준한 후퇴 현상인 '허블 흐름'을 통해 우주 팽창을 추적합니다. 거리와 속도는 일반적으로 함께 증가합니다.
그러나 은하수, 안드로메다, 그리고 수십 개의 작은 은하들이 있는 국부은하군은 그 패턴에 딱 들어맞지 않습니다. 안드로메다 은하는 초당 약 110km의 속도로 접근하고 있으며, 약간 더 멀리 있는 많은 은하들이 바깥쪽으로 표류하고 있습니다.
과학자들은 지역 그룹의 중력이 이웃을 안쪽으로 끌어당기지 않는 이유를 설명하기 위해 애썼습니다. 이전 연구에서는 은하수와 안드로메다 주변의 암흑 물질 헤일로가 눈에 보이는 별보다 훨씬 더 많은 질량을 함유하고 있어 두 은하를 미래의 충돌로 끌어당길 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
그럼에도 불구하고 그 매력은 그룹 바로 너머의 은하계에 영향을 미치기에는 너무 약해 보였습니다.
조사를 위해 연구자들은 초기 우주부터 오늘날까지 그럴듯한 지역의 역사를 재구성했습니다. 그들의 시뮬레이션은 우주 마이크로파 배경의 희미한 패턴으로 시작하여 은하수, 안드로메다 및 인근 은하 31개의 현재 질량, 위치 및 속도를 재현할 때까지 발전했습니다.
로컬 그룹(가운데)을 둘러싼 객체의 시뮬레이션된 이동 및 속도(화살표 길이로 표시). 출처:Ewoud Wempe/Max Planck 천체 물리학 연구소 결과는 예상치 못한 것이었습니다. 시뮬레이션 결과, 우리 우주 주변의 물질은 광대하고 평평한 층을 형성하고 그 위와 아래에 거대한 빈 영역이 뻗어 있다는 사실이 나타났습니다. 연구원들은 이러한 평평한 배열이 근처 은하계가 어떻게 움직이는지, 그리고 은하수와 안드로메다에 얼마나 많은 질량이 포함되어 있는지를 동시에 설명할 수 있는 몇 안 되는 배열 중 하나라는 것을 발견했습니다.
많은 이웃 은하계가 이 평면 내에 있기 때문에 시트에 있는 먼 물질의 중력이 국부은하군의 내부 인력을 방해합니다. 비행기 외부에는 은하계가 거의 없으며 단지 더 빈 공간만 있을 뿐입니다.
반드시 구형은 아님
시뮬레이션은 이 평평한 형상이 중력이 대규모로 작동하는 방식을 변경한다는 것을 보여줍니다. 구형 분포에서는 주어진 반경 내의 질량만이 모션에 중요합니다.
시트에서는 멀리 있는 물질이 바깥쪽으로 당겨져 후퇴 속도를 높이고 국부 은하단의 끌어당김에도 불구하고 근처 은하계가 멀어지게 할 수 있습니다.
이 구조는 또한 천문학자들이 이미 가까운 우주에서 볼 수 있는 특징, 즉 밀도가 낮은 공극으로 둘러싸인 은하의 "국소 시트"의 특징을 반영합니다. 새로운 연구는 이러한 눈에 보이는 패턴을 암흑 물질의 숨겨진 분포와 직접 연결합니다.
"우리는 궁극적으로 국부군으로 이어질 수 있는 초기 우주의 가능한 모든 국지적 구성을 탐구하고 있습니다. 이제 우리가 한편으로는 현재의 우주론 모델과 다른 한편으로는 우리 국지적 환경의 역학과 일치하는 모델을 갖게 된 것은 대단한 일입니다."라고 연구 리더인 Ewoud Wempe는 성명서에서 말했습니다.
결과는 람다 차가운 암흑물질(Lambda Cold Dark Matter)로 알려진 표준 우주론적 틀이 그대로 남아 있음을 시사합니다. 우주의 국소 구조가 구형이 아닌 고르지 않도록 허용하면 은하 운동과 질량 추정치 사이의 긴장이 해결됩니다.
미래의 관찰은 결정적인 테스트를 제공할 수 있습니다. 시뮬레이션은 위와 아래의 희박한 영역에서 시트를 향해 떨어지는 물질의 강한 흐름을 예측하지만, 효과를 직접 측정할 수 있는 근처 은하계는 거의 없습니다.
천문학자들이 이 평면의 위쪽과 아래쪽에서 빠른 속도로 안쪽으로 향하는 더 먼 은하를 발견한다면, 우리 우주 이웃이 거품이라기보다는 벽과 같은 모양이라는 생각이 더욱 강화될 것입니다.
