이것이 모든 은하에 같은 양의 암흑 물질이없는 이유입니다

일부 은하에는 암흑 물질이 없을 수도 있습니다. 관심을 가져야하는 이유는 다음과 같습니다.

모든 사람이 우주에 대해 매우 합당한 이유로 내린 두 가지 가정이 있지만 반드시 사실이 아닐 수도 있습니다. 첫 번째는 우주를 지배하는 물리학 법칙이 언제 어디서나 동일하다는 것입니다. 두 번째는 우주가 거의 모든 곳에서 거의 동일한 속성으로 태어났다는 것입니다. 별, 은하, 가스, 플라즈마, 먼지 및 모든 형태의 빛에 대해 우리가 취한 전체 관측 모음은이 두 가지 가정이 사실과 일치하지만 확실히 알 수는 없습니다.

하지만 동일한 법률이 적용되고 동일한 재료로 시작한다고해서 오늘날 모든 것이 유사하다는 의미는 아닙니다. 우주는 별을 형성 할 수있는 정상적인 물질과 오직 인력 만 끌어들이는 암흑 물질로 가득 찬 지저분한 곳이며, 진화하는 데 거의 140 억 년이 걸립니다. 우리의 관측 가능한 우주에는 2 조 개의 은하가 있을지 모르지만 모두 똑같지는 않습니다. 방법에 대한 이야기입니다.

빅뱅 직후의 초기 단계에 있었던 우주를 상상해보세요. 뜨겁고 밀도가 높고 거의 완벽하게 균일합니다. 어디를 가든 거의 동일한 양의 입자와 방사선으로 가득 차 있으며 0.003 % 수준의 차이 만 있습니다. 우주 내의 물질은 중력 적 인력을 경험하지만 방사선의 강도는 과밀 영역이 어떤 종류의 실질적인 방식으로 성장하는 것을 방지합니다.

그러나 이것은 뜨겁고 조밀하고 균일 한 우주도 팽창하고 냉각되기 때문에 시간에 따라 변합니다. 밀도가 낮아 지지만 더 중요한 것은 그 안에있는 방사선이 에너지를 떨어 뜨려 물질의 중력 붕괴에 저항하는 능력이 떨어진다는 것입니다. 시간이 지남에 따라 초기 밀도 변동이 커지고 충분한 물질이 축적되고 별과 은하가 형성되기 시작합니다.

여기에서 재미가 시작됩니다. 이제 우리는 다양한 질량을 가진 젊고 초기 은하를 가지고 있습니다. 가장 작은 것들은 그들의 이름에 불과 수십만 개의 태양 질량을 가질 수 있지만, 가장 큰 것들은 수조 또는 심지어 수조 개의 태양 질량을 포함합니다. 전체 우주를 가로 지르는이 모든 은하들은 다른 모든 것과 같은 암흑 물질 대 정상 물질 비율로 시작합니다. 대략 5 대 1입니다.

하지만이 상태는 유지되지 않습니다. 보시다시피 은하계는 가장 중요한 일을합니다. 그들은 별을 형성합니다. 정상적인 물질 만이 자신 (충돌을 통해) 또는 복사 (다양한 유형의 산란을 통해)와 상호 작용할 수 있기 때문에 별을 형성하는 것은 정상적인 물질 일뿐입니다. 일반 물질과 암흑 물질 모두 중력을 경험하지만 일반 물질 만이 다른 근본적인 힘을 경험합니다.

별이 형성되기 시작하면 세 가지 놀라운 일이 발생하며 일반적으로 두 가지 모두 당연한 것으로 간주됩니다.

일반 물질은이 방출 된 에너지의 많은 양을 흡수 할 수 있지만 암흑 물질은 흡수 할 수 없습니다. 사실, 암흑 물질에 발생해야하는 유일한 변화는 정상적인 물질 분포의 변화에 ​​따라 변화된 중력 잠재력에 대한 반응입니다.

중력이 정상 물질과 암흑 물질 모두에 영향을 미치지 만 발생하는 모든 비중력 상호 작용은 정상 물질에만 영향을 미친다는 점을 기억해야합니다. 별이 형성되거나, 연료를 통해 연소되거나, 바람을 방출하거나, 초신성이되어 별에서 주변 환경의 정상적인 물질로 에너지를 전달할 수 있지만 그 에너지는 암흑 물질로 들어 가지 않습니다.

거대하고 거대한 은하의 경우 주변에는 너무 많은 물질 (정상 및 암흑 모두)이있어서 가장 크고 가장 에너지가 많은 대격변에서도이 은하들은 모든 정상 물질을 보유 할 수 있습니다. 그러나 과거에 상당한 양의 별 형성을 경험 한 작은 은하를 살펴보면 암흑 물질 만 남아 있습니다. 이러한 상호 작용과 피드백으로 인해 대부분의 정상적인 문제는 추방 될 수 있습니다.

왜소 은하와 같이 질량이 낮은 우주의 은하를 볼 때 우리는 그들에게 무엇이 남았는지보고 있습니다. 그들은 모두 암흑 물질과 정상 물질의 5 대 1 비율로 삶을 시작했을 가능성이 있지만, 별이 형성되는 가벼운 에피소드조차도 엄청난 양의 정상 물질을 배출하기에 충분할 수 있습니다.

태양 질량이 몇 백만 개에 불과할 때 20 대 1의 비율이 일반적이며, 질량이 가장 낮은 왜소 은하의 암흑 물질은 일반 물질보다 최대 100 배 더 많습니다. 가장 극단적 인 끝에는 총 수천 개의 별만 포함되어있을 정도로 희미한 은하계가 있으며, 사실상 남은 가스 나 기타 정상적인 물질의 출처가 없습니다. 특히 Segue 3은 암흑 물질 대 정상 물질 비율이 600 대 1로 추정됩니다.

그러나 큰 은하들이 상호 작용하거나 충돌하거나 단순히 서로 가까이 지나갈 때, 정상 물질과 그 안에있는 암흑 물질의 균형 사이에도 혼란이있을 수 있습니다. 이것이 발생하는 곳에서 관찰 한 수많은 메커니즘이 있습니다.

은하가 풍부한 은하단을 통과 할 때 은하 간 가스가 충돌합니다. 충분히 빠른 속도에서 이것은 별 형성 이벤트를 유발할 수있을뿐만 아니라 실제로 이동하는 은하계에서 가스를 제거 할 수 있습니다. 은하들이 합쳐지면 많은 양의 물질 (즉, 정상 물질)이 가속되고 방출 될 수 있습니다. 이러한 분출 제트는 종종 다양한 파장의 빛에서 볼 수 있습니다. 상호 작용하는 은하들은 또한 서로에게 조력을 발휘하여 내부 가스가 하나 (또는 ​​양쪽) 은하에서 빠져 나가게합니다. 한편, 초 거대 질량 블랙홀을 가진 활성은하는 상당한 양의 물질을 방출 할 수 있습니다.

이 모든 방법은 은하에서 정상 물질을 제거하고 암흑 물질 대 정상 물질 비율을 높일 수 있습니다. 하지만 영리하다면 이미 다른 일이 발생할 수 있다는 것을 깨달았을 것입니다. 암흑 물질이 낮거나 암흑 물질을 전혀 포함하지 않는 은하를 형성 할 수 있어야합니다.

그 이유는 무엇입니까? 은하계에서 정상적인 물질을 제거하면 그 자체로 독립 체가 될 수 있기 때문입니다. 이 물질은 자체 중력을 발휘하여 표준 5 대 1 비율에서 암흑 물질의 양을 줄이거 나 잠재적으로 (일반 물질과 암흑 물질의 분리가 완벽하다면) 암흑 물질없이 자체 왜소 은하를 형성 할 수 있습니다. 조금도. 흥미롭게도 아이러니하게도 암흑 물질이없는 은하의 발견은 암흑 물질의 존재를 경험적으로 증명할 것입니다. 서로 다른 규칙을 따르는 두 가지 유형의 물질 (정상 및 암흑)이있는 경우에만 암흑 물질없는 은하를 만들 수 있습니다.

물론 큰 질문은 암흑 물질이없는이 은하들은 어디에 있습니까? 그들은 훨씬 더 크고 더 거대한 은하를 포함하는 환경에서만 형성되기 때문에 오래 살지 못할 수도 있습니다. 은하계 상호 작용과 합병의 대부분은 이미 오래 전에 우주의 과거, 현재 수십억 년 전에 발생했습니다. 큰 은하가이 암흑 물질이없는 은하를 다시 끌어 들인 즉시 존재하지 않게됩니다.

동시에 본질적으로 희미하고 별이 상대적으로 적어야하기 때문에 찾기가 매우 어렵습니다. 암흑 물질 없이는 은하수 같은 은하를 찾을 수 없습니다. 작은 왜소과 같은 은하 만이 이것을 가능성으로 인정합니다. 이 암흑 물질없는 왜성의 대다수가 약 80 ~ 90 억년 전에 형성 되었다면 오늘날 남은 것은 없을 것입니다.

하지만 그럴 수도 있습니다! 지금 우리의 천문학적 기술과 기술은 암흑 물질없이 은하를 식별 할 수있는 수준까지 발전했습니다. 매우 논란의 여지가 있지만 매혹적인 주장에 따르면 NGC 1052-DF2와 NGC 1052-DF4라는 두 개의 은하계는 암흑 물질이 없을 수 있습니다.

그러나 우리가 확실히 알기 전에 수행해야 할 관찰이 더 있습니다. 이 은하들은 4 천만 광년에서 7 천만 광년 사이의 어딘가에서 작고 멀기 때문에이 은하들의 정확한 거리를 파악하거나 질량 분포를 측정하는 것은 극히 어렵습니다. 더 가까운 추정치가 정확하고 암흑 물질 분포가 (첨두 형이 아니라) 핵형 인 경우, 암흑 물질이 완전히 일반적인 양의 정상적인 왜성 은하 일 수 있습니다.

하지만 암흑 물질의 궁극적 인 시험이되는 것은 한두 은하의 속성이 아닙니다. 이 은하들이 일반적인 왜소 은하인지 아니면 암흑 물질이없는 은하의 첫 번째 예인지는 중요하지 않습니다. 요점은 수 천억 개의 왜소 은하들이 현재 관측 가능하고, 감지 가능하고, 그 특성을 측정하는 한계 아래에 있다는 것입니다. 특히 먼 우주와 상호 작용 후 환경에서 그곳에 도착하면 아직 확인되지 않은 은하계 집단을 진정으로 찾을 수있을 것으로 기대할 수 있습니다.

암흑 물질이 진짜라면 정상적인 물질과 분리 될 수 있어야하며 두 가지 방식으로 작동합니다. 우리는 이미 저 밖에서 암흑 물질이 풍부한 은하와 분리 된 은하 간 플라즈마를 발견했습니다. 하지만 암흑 물질이없는 은하? 바로 모퉁이를 돌면 모두가 흥분되는 이유입니다!

Starts With A Bang은 현재 Forbes에서 , Medium에 다시 게시 Patreon 후원자에게 감사드립니다 . Ethan은 Beyond The Galaxy Treknology : The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive .