우주 버전(version)의 소용돌이치는 빨대의 모양을 하고 있다.
이들 연구의 결과는 차가운 가스? 별을 위한 연료 ? 는 필라멘트(filament)를 따라 은하의 중심에서 나선형으로 움직이고 있음을 보여주고 있다.
그 결과, 소용돌이치는 모양을 할 수 있는 방법을 보여주고 있다.
그 때, 차가운 가스는 새로운 별로 변환되며, 은하들은 거대한 질량을 가진 덩어리로 커지게 된다.
Astrophysical Journal지 5월20일 자에 게재된 이번 연구의 주저자인 Kyle Stewart 연구원은 이상의 현상에 대해 다음과 같은 글을 남겼다.
“은하 생성은 정말 혼돈스러운 것이다. 이것은 우리들로 하여금 수 백 개의 컴퓨터 프로세서(computer processor)를 사용하여 은하생성과정이 어떻게 진행되어왔는지에 대한 더 많은 이해를 구하고 관련 연구를 촉진하는데 수 개월 이상의 시간을 걸리게 할 것이다."
캘리포니아(California) 주 리버사이드(Riverside) 소재 캘리포니아 밥티스트 대학교(California Baptist University)에서 연구를 수행하고 있는 Stewart 연구원은 미항공우주국 NASA의 제트추진연구소(Jet Propulsion Laboratory)에서 일하는 동안 이상의 연구 대부분을 완료하였다.
우주 초기, 은하들은 물질의 덩어리에서 형성되었다.
이 물질은 거대 우주웹에 존재하는 필라멘트(filament)에 의해 연결되었다. 은하에서 가스 덩어리들은 차가워지고 밀집된다.
그리고 그 결과, 별의 탄생을 촉진할만큼 충분히 밀집된다.
나선은하의 한 형태인 우리은하와 그에 속해져 있는 수십억 개의 별들은 이러한 방식으로 형태를 갖추어간다.
은하 생성에 대한 이전 표준모델은 뜨거운 가스가 급증하는 은하 중심에서 가라앉는다는 것을 토대로 하고 있다. 가스구름들은 서로서로 충돌하는 것으로 간주되었다.
그 결과 충격파를 내보내게 된다.
이는 가스에 열을 가하게 된다.
이러한 과정은 소닉 붐(sonic boom: 초음속 비행을 하는 항공기에 의한 충격파가 지상에 도달하여 발생하는 굉음)을 창출할 수 있는 제트기류와 비슷하다.
이러한 경우, 떨어지는 가스가 음속보다 더 빠르게 움직이고 그로 인해 충격파를 쌓게 될 것이다. 결국, 이 가스는 은하 중심부에서 차가워지고 가라앉게 된다.
이러한 과정은 느리게 되기 위해 이론화되었으며, 약 80억 년 정도가 걸릴 것이다.
최근 연구는 보다 작은 은하의 경우 이러한 시나리오(scenario)를 반박(부정)하였다.
그 결과 이상의 가스가 가열되지 않았음을 보여준다.
은하 생성에 대한 “콜드 모드(cold-mode: 차가운 가스가 은하생성의 핵심이라는 이론)”라는 대체이론이 제안되었으며, 그로 인해 차가운 가스가 은하 중심부에서 필라멘트를 따라 이동하게 될 것임을 제안할 수 있었다.
Stewart 연구원과 그의 동료들은 이러한 이론을 검증하기 위한 준비를 하였으며, 차가운 가스가 은하에서 어떻게 얻어지고 작용할 수 있는지에 대한 미스터리를 설명하고 있다.
은하 성장을 지켜보는데 수십억 년이 걸리기 때문에 연구팀은 제트추진연구소에 존재하는 슈퍼컴퓨터(supercomputer)를 사용하여 이 과정을 모의실험하였다;
미항공우주국 NASA의 에임즈 연구센터(Ames Research Center), 그리고 UC 어바인(Irvine) 대학교에서 이러한 실험에 참여하였다. 그들은 우리은하와 같은 은하생성을 연구하기 위해 네 개의 다른 시뮬레이션(simulation)을 가동하였다.
그로 인해, 빅뱅 이후 현재까지 5천7백만 년 정도 전부터 시작하였다.
시뮬레이션들은 은하의 생성 성분들 ? 수소, 헬륨(helium), 그리고 암흑물질 ? 을 가지고 시작하였다.
그러고 나서 그것들의 은하생성을 창출하기 위해 물리학 법칙을 적용하였다. 슈퍼컴퓨터들은 수많은 상호작용 때문에 반드시 필요한 것이다.
이에 대해 이번 연구의 공동저자이자 위스콘신 대학교(University of Wisconsin) 은하 시뮬레이션 전문가인 Alyson Brooks 연구원은 “이러한 시뮬레이션들은 거대한 체스(chess) 게임과 같다.
우리는 주어진 입자 ? 여기서는 체스의 말로 은유적으로 표현 ? 가 모든 다른 입자들의 위치에 기반하여 어떻게 움직이는가를 따로따로 계산해야만 했다.
이 시뮬레이션에는 수천만 개의 입자들이 존재하였다. 따라서 중력이 각각의 입자들에 어떻게 영향을 주는가를 계산하는 것은 시간이 어느 정도 소비되는 작업”이라고 말했다.
은하 혼합물들을 준비할 때, 연구진들은 이러한 데이터를 점검하였다.
그로 인해, 차가운 가스가 은하 중심부에서 어떻게 가라앉는지에 대한 새로운 실마리를 발견할 수 있었다.
새로운 결과들은 차가운 가스가 필라멘트를 따라 흐르고 있음을 확인하였으며, 이 가스가 이전에 생각했던 것보다 더 빠르게 주변을 회전하는 것을 처음으로 보여주고 있다.
뿐만 아니라, 이상의 시뮬레이션들은 차가운 가스가 은하 중심부에서 이러한 방식을 따라 “핫 모드(hot-mode)” 은하생성에서 발생하는 것보다 더 빠르게 은하를 생성하고 있음을 밝혀주었다. 이는 약 10억 년 이내에 발생한 현상이다.
제트추진연구소 공동저자인 Leonidas Moustakas 연구원은 이에 대해 “우리는 필라멘트 구조 속에서 가스를 효율적으로 꿰게 함으로써 은하가 만들어질 수 있는 필라멘트 구조들이 시간이 지남에 따라 어떻게 만들어지는지에 정말 중요한 요인임을 발견하였다”
연구진들은 암흑물질을 관측하였다.
이는 우주 속 85%의 물질을 구성하고 있는 보이지 않는 존재이다. 은하들은 규칙적인 물질 덩어리에서 생성된다. 이 물질은 바리온 물질(baryonic matter: 가시 물질처럼 평범한 물질들, 즉 중성자나 양성자를 말한다. 대폭발(the Big Bang)로 시작된 우주의 초기 상태를 원자핵 반응 과정으로써 분석할 때, 현존해야 할 바리온적 물질의 전체적인 양의 작은 부분만이 가시 물질에 해당되고, 그 나머지가 바로 바리온적 암흑 물질)이라고 명명되고 있다.
이상의 시뮬레이션들은 암흑물질 역시 필라멘트를 따라 빠르게 회전하고 있음을 보여주고 있다. 그로 인해, 은하 중심부에서 나선형으로 회전하고 있다.
이상의 결과들은 은하 중심부로부터 멀리서 회전하는 물질의 디스크들이 엄청나게 확장하는 은하에 대한 수수께끼를 푸는데 도움을 줄 것이다. 연구진들은 외부 물질들이 그렇게 빨리 어떻게 회전하는지 이해하지 못하였다.
콜드 모드는 이러한 급속히 빠른 회전을 가능하게 해주었으며, 그로 인해 은하가 어떻게 성장하는지에 대한 수수께끼를 풀 수 있는 또 다른 실마리를 제공해주고 있다.
Stewart 연구원은 이에 대해 “은하 시뮬레이션의 목적은 망원경이 관측한 것과 그러한 시뮬레이션 결과를 비교하기 위함이다. 그리고 우리가 은하가 생성되는 방법을 실제 이해하는지를 보여준다. 이것은 실제 우주에 대한 우리의 이해를 도울 수 있을 것”이라고 말했다. --<출처>KISTI 미래안
http://phys.org/news/2013-05-galaxies-fed-funnels-fuel.html
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나는 개인적으로 우주초기에 '무'로부터 고열과 고압이 발생하였다면,
반대로 냉과 진공도 발생하였을 것이라는 생각을 했는데,
이에 대한 연구결과가 나와서 반갑다.
우리가 보는 물질이 열과 고압에 의해 생긴데 대해서,
암흑물질과 암흑에너지는 냉과 진공으로 발생해서
우리가 관찰하는 것이 곤란한 것이 아닌가 생각하였었다.
맨 하단의 사이트에 가면,
위 그림의 동영상을 볼 수 있습니다,
