암흑물질 흔적 없는 은하 발견

국제 천문학 팀은 최첨단 망원경으로 40시간 동안 상세한 측정을 수행했음에도 은하 AGC ​​114905에서 암흑 물질의 흔적을 찾지 못했다.

Pavel Mancera Piña(네덜란드 Groningen 및 ASTRON 대학)와 그의 동료들은 암흑 물질이 거의 또는 전혀 없는 6개의 은하를 발견했을 때 “다시 측정하면 은하 주변에 암흑 물질이 있다는 것을 알게 될 것”라는 말을 들었다. 그러나 미국 뉴멕시코 VLA(Very Large Array)를 사용하여 40시간 동안 상세한 관찰을 한 후, 암흑물질이 없는 은하에 대한 증거는 더욱 강력해졌다.

문제의 은하는 AGC 114905로 약 2억 5천만 광년 떨어져 있다. ‘왜소 은하(dwarf galaxy)’라는 이름은 크기가 아니라 광도를 의미하는 초확산 왜소은하로 분류된다. 이 은하는 우리 은하의 크기와 비슷하지만 별이 천 배 더 적다. 널리 퍼진 생각은 모든 은하, 그리고 확실히 초확산 왜소은하가 암흑물질에 의해 결합되어 있을 때만 존재할 수 있다는 것이다.

연구원들은 VLA 망원경을 사용하여 2020년 7월부터 10월까지 40시간 동안 AGC 114905의 가스 회전에 대한 데이터를 수집했다. 이어 은하 중심에서 기체까지의 거리를 x축에, 기체의 회전속도를 y축에 그래프로 나타냈다. 이것은 암흑 물질의 존재를 밝히는 표준 방법이다. 그래프는 AGC 114905에서 기체의 운동이 정상 물질로 완전히 설명될 수 있음을 보여준다.

Pavel Mancera Piña는 “물론 이것은 이전 측정을 확인하기 때문에 우리가 생각하고 기대한 것”이라며 “그러나 이제 문제는 이론이 AGC 114905에 암흑 물질이 있어야 한다고 예측하지만 우리의 관찰은 그렇지 않다는 것이다. 사실 이론과 관찰의 차이는 점점 커지고 있다”고 말했다.

연구원들은 암흑 물질의 부족에 대한 가능한 설명을 하나씩 나열한다. 예를 들어, AGC 114905는 근처의 큰 은하에 의해 암흑 물질이 제거되었을 수 있다. 이에 대해 Mancera Piña는 “가장 유명한 은하 형성 프레임워크인 소위 저온 암흑 물질 모델에서 우리는 일반적인 범위를 훨씬 넘어서는 극단적인 매개변수 값을 도입해야 할 것이다. 또한 수정된 뉴턴 역학을 사용하여 대안 차가운 암흑 물질에 대한 이론으로 우리는 은하 내에서 가스의 움직임을 재현할 수 없다”고 말했다.

연구원들에 따르면, 그들의 결론을 바꿀 수 있는 가정이 하나 더 있다. 그것은 그들이 은하계를 관찰한다고 생각하는 추정 각도다. 공동 저자인 Tom Oosterloo(ASTRON)는 “그러나 그 각도는 암흑 물질이 다시 존재할 여지가 있기 전에 우리의 추정치에서 크게 벗어나야 한다.”라고 말했다.

한편 연구진은 두 번째 초확산 왜소은하를 자세히 조사하고 있다. 그 은하에서 암흑 물질의 흔적이 다시 관찰되지 않는다면 암흑 물질이 빈약한 은하에 대한 주장을 더욱 강하게 만들 것이다.

앞서 이전에 네덜란드계 미국인 Pieter van Dokkum(미국 예일 대학교)은 암흑 물질이 거의 없는 은하를 발견했다. Mancera Piña와 동료들의 기술과 측정은 더 강력했다.

출판전논문 사이트 arxiv 에 앞서 공개된 이번 발견은 Royal Astronomical Society의 Monthly Notices에 게재 예정이다.