암흑물질의 성질과 성질에 관한 문제에서, 천문학자들은 지금까지초기 단계에 있습니다.
이 물질의 존재에 관한 이론은 다음과 같습니다.은하계에 있는 모든 눈에 보이는 물체의 질량과 은하 자체의 질량 사이의 불일치에 대한 설명으로 40여 년 전에 제시된 이론입니다. 이 불일치를 처음 발견한 천문학자 베라 루빈은 이 보이지 않는 물질이 매우 흔하며 우주의 대부분을 구성하고 있다고 판단했습니다. 오늘날 우리는 이 물질을 암흑물질로 알고 있습니다.
베라 루빈. 사진: 카네기 과학 연구소/carnegiescience.edu
천문학 자들은 적어도 세 개암흑 물질이 존재한다는 증거, 그 존재의 직접적인 증거를 발견하고 그것의 특성을 결정하려는 어떠한 시도도 성공하지 못했다.
그러나 예일 대학의 과학자들의 연구는2018 년 3 월 Nature 지에 게재 된 Peter van Dokkum이 이끄는 과학자들은 과학자들에게이 물질의 존재에 대한 또 다른 증거를 발견하게되었습니다.
천문학 자들은 암흑 물질에 대해 무엇을 알고 있습니까?
암흑 물질은 존재하지 않는 물질입니다.전자기 (EM) 또는 강한 핵력에 의해 다른 문제와 상호 작용합니다. 전자 기적 상호 작용이 없다는 것은 빛을 방출, 흡수, 반사, 굴절 또는 확산시킬 수 없다는 것을 의미합니다. 물론 이것은이를 관찰하기에 다소 복잡한 주제로 만듭니다. 그러나 우주의 모든 물질 중 약 85 %는 암흑 물질입니다.
지금까지 과학자들은 암흑 물질이 실제로 존재한다는 실질적인 증거는 없지만 이론적 인 것은 있습니다. 다음은 세 가지 주요 내용입니다.
은하 회전 곡선
한 물체가 다른 물체를 중심으로 회전 할 때,궤도에있는 물체는 지속적으로 중앙까지 가속되어야합니다 (또는 더 정확히 말하자면 둘 다 질량의 결합 된 중심까지 가속합니다). 이 가속도가 없으면 궤도 몸체가 단순히 날아갈 것입니다.
궤도가 움직이는 속도가 빠를수록궤도에두기 위해서는 더 많은 가속이 필요합니다. 이 경우 가속은 중력에 기인하기 때문에 중앙 질량이 더 커야 함을 의미합니다.
이 지식은 과학자들이 서로 다른 "무게를다는"것을 허용합니다.갤럭시의 일부분뿐만 아니라 은하계의 접근 및 후퇴 측의 적색 편이를 비교하여 회전 속도를 측정합니다. 가중치를 적용하면 천문학 자들은 은하계의 모든 물체의 질량과 총 질량 사이에 불일치를 봅니다.
적색 편이- 화학 원소의 스펙트럼 선 이동빨간색(장파장) 쪽으로. 이 현상은 약한 확산 산란, 도플러 효과, 중력 적색편이 또는 이들의 조합으로 인해 나타날 수 있습니다. 천체 스펙트럼의 스펙트럼 선 이동은 1848년 프랑스 물리학자 Hippolyte Fizeau에 의해 처음 기술되었으며, 이러한 이동을 설명하기 위해 별의 시선 속도로 인한 도플러 효과를 제안했습니다.
중력 렌즈 효과
상대성 이론에 따르면,중력장을 통과하는 시간은 약간 왜곡됩니다. 그것은 중력 렌즈 역할을하며, 예를 들어 아래 이미지에서와 같이 "Einstein rings"을 생성 할 수 있습니다.
아인슈타인의 일반 상대성 이론은하수와 같은 거대한 공간 물체의 중력은 그 주위의 공간을 구부리고 빛의 광선을 편향시킨다. 이것이 발생하면 다른 은하의 왜곡 된 이미지 - 빛의 근원입니다.
위 이미지의 "Einstein Ring"은하나의 은하 (그것은 파란색으로 강조 표시)의 왜곡 된 이미지로 중앙의 다른 (적색) 은하 뒤에 있습니다. 파란색으로부터의 빛은 모든 방향으로 전파되지만, 은하의 중력에 의해 구부러집니다. 이것은 예를 들어 지구로 직접 향하는 빛이 다른 방향을 가진 빛과는 달리 우리 행성에 결코 도달하지 못한다는 것을 의미합니다. 그러나 렌즈에 의해 왜곡되어 한 번에 모든 방향에서 진행되는 것처럼 진행됩니다. 이 프로세스는 링의 모양을 설명합니다.
약한 중력 렌즈에서는 통계적으로우리가 받는 빛의 왜곡을 분석하면 지구와 먼 은하 사이의 중력장을 "알 수" 있습니다. 이 분야에는 과학자들이 설명할 수 있는 것보다 더 많은 질량, 즉 더 많은 물질이 존재하는 경우가 많습니다.
기존 이론의 관점에서 암흑물질의 존재를 증명하는 중력렌즈 현상의 예로 용골자리에 위치한 총알 은하단의 사진을 들 수 있다.
이미지는 두 은하의 충돌의 여파를 보여줍니다. 이미지의 빨간색은 가시 물질 영역을 나타내고 파란색은 중력 렌즈에 의해 존재 여부가 결정되는 암흑 물질을 나타냅니다.
이 구별은은하계의 발광 물질 대부분은 고밀도의 플라즈마 속에서 클러스터 내부의 물질로 존재합니다. 혈장의 일부가 서로 충돌 할 때 상당한 양의 물질이 느려지고 중심에 남아 있습니다. 그러나 암흑 물질은 물질과 약하게 상호 작용하므로 두 클러스터의 성분이 서로 자유롭게 통과 할 수 있습니다. 이로 인해 사진에 나타난 분리가 발생합니다.
유적 방사선
그 후 처음 몇 십만 년 동안빅뱅 당시 우주는 고도로 이온화될 만큼 뜨거웠습니다. 이로 인해 일시적으로 빛이 거의 불투명해졌습니다. 광자는 다른 입자처럼 회전했습니다. 그러나 물질이 충분히 냉각되면 상당량의 양성자와 전자가 결합하여 중성 수소를 형성하고 주변의 대부분의 빛에 충분히 투명해집니다. 이 과정은 (우주론적 시간 측면에서) 아주 빠르게 일어났습니다. 그 결과 상대적으로 말하면 우주에 포함된 모든 빛이 갑자기 방출되어 진화의 해당 단계에서 스냅샷을 찍었습니다. 이것은 우주 마이크로파 배경 복사를 설명하는 단순화된 방법입니다.
이 빛을 감지하기 위해 과학자들은 다음을 수행할 수 있습니다.전파망원경을 어느 방향으로든 향하게 하고, 관측 지역에 따라 온도가 조금씩 변합니다. 온도의 차이는 이 지역에 암흑물질이 존재하거나 존재하지 않는 것으로 설명됩니다.
첫 번째 은하에서 발견 된 특이한 점은 무엇입니까?
DF2는 큰 은하군의 일부인 은하이다거대한 타원은하 NGC 1052가 이끈다. 이 은하는 Dragonfly and Sloan Digital Sky Survey(SDSS)가 촬영한 사진에서 다르게 보였기 때문에 과학자들의 관심을 끌었습니다. 처음에는 은하계가 희미한 빛의 점으로 나타났고, 두 번째에는 점 물체의 무리로 나타났습니다.
이러한 관찰을 바탕으로 과학자들은 다음과 같이 말했습니다.피터 반 도쿰(Peter van Dokkum)은 은하계 내부에 있는 10개의 구상 성단(오래된 별들로 이루어진 큰 그룹)을 식별했으며 이들이 암흑 물질이 많을 때보다 3배 느리게 움직이는 것을 발견했습니다. 사실 은하의 질량이 눈에 보이는 물체의 질량보다 크다면 은하단은 더 빨리 회전할 것입니다.
과학계는 출판물을 비판적으로 평가했습니다.— 연구자들의 실수는 10개의 클러스터만 관찰했고 이틀 밤 동안만 관찰했다는 것입니다. 회의론자들은 과학자들이 성단의 움직임에 대한 주요 세부 사항을 간과하여 은하의 질량과 눈에 보이는 물질에 대한 추정이 왜곡되었을 수 있다고 믿었습니다.
그리고 두 번째?
자신의 정확성을 증명할 수있는 유일한 방법관측은 최소한의 양의 암흑 물질을 담고있는 두 번째 은하를 찾기위한 것이 었으며, 2019 년 3 월에는 그러한 은하계가 발견되었다.
연구자들은 두 개의 과학 논문을 발표했습니다.그들은 허블의 고급 카메라와 하와이 켁 천문대(Keck Observatory)의 10미터 망원경을 사용하여 DF2의 질량을 최초로 재측정했습니다. 이번에 천문학자들은 성단의 이동 속도뿐만 아니라 그 안에 있는 별의 회전 속도도 관찰했습니다. 결과적으로 과학자들은 DF2가 투명한 초확산 은하이며 그 크기가 은하수와 거의 같다는 사실을 확인했습니다. 그 안에는 별이 약 200 배 더 적었습니다.
두 번째 기사는 그러한 발견의DF2 은하 - DF4는 은하 NGC 1052 옆에있는 같은 클러스터에있다. 연구자들은 첫째, 최소한의 양의 암흑 물질을 가진 은하는 드문 일이 아니며 둘째, 큰 은하가 암흑을 "훔칠"수 있다고 믿는다 그들의 더 작은 이웃 사람에게서 사정.
암흑 물질의 부재가 어떻게 그 존재의 증거가 될 수 있습니까?
어둠이 없다는 진술을 이해하는 것.두 은하에서 물질은 상대성 이론에 따라 우주에 존재한다는 것을 확인하고, 암흑 물질의 존재에 대한 생각을 비판하는 것을 고려할 가치가있다.
일부 과학자들은 우주에서암흑 물질이 있으며, 그 존재에 대한 이론적 증거는 소위 수정 된 뉴턴 역학 (Modified Newtonian dynamics, MOND)에 기인한다. 이 대안 이론은 우주 규모에서의 중력은 Isaac Newton이나 Albert Einstein이 예측 한 방식으로는 작동하지 않는다고 말합니다. 이것은 암흑 물질의 존재에 관한 이론이 성립 된 상대성 이론이 은하의 경우에는 작동하지 않는다는 것을 의미합니다.
예를 들어, 이론물리학자 Erik Verlinde는암스테르담 대학은 2016년에 양자 상호작용의 부산물로 중력을 조사한 과학 논문을 발표했으며, 암흑 물질로 인한 추가 중력은 암흑 에너지, 즉 우주의 시공간 구조에 짜여진 배경 에너지의 효과라고 제안했습니다.
즉, Verlinde는 암흑 물질은 물질이 아니라 일반 물질과 암흑 에너지 사이의 상호 작용일 뿐이라고 믿습니다.
예일 대학교의 과학자 발견발견 된 은하가 표준 중력 이론에 따라 행동한다면 암흑 물질은 보통 물질과 분리 될 수 있음을 보여줍니다. 즉, 뉴턴과 케플러가 발견 한 방정식을 사용하여 그 과정을 설명 할 수 있습니다.
질문은 무엇입니까?
성공한다면 천문학자들의 발견미래의 관측을 통해 결정적으로 확인된 것은 은하 형성에 관한 기존 이론에 도전하는 것입니다. 특히, 우리는 더 큰 NGC 1052가 DF2와 DF4에서 암흑 물질을 "훔칠" 수 있다는 가정에 대해 이야기하고 있습니다. 이것이 정말로 가능하고 관찰된 두 은하 모두에서 관찰되는 질서가 보존된다면 천문학자들은 그들의 형성과 존재 메커니즘을 완전히 재검토해야 할 것입니다.
"우리가 얼마나 공통점이 있는지이 은하들과 그것들이 우주의 다른 영역들에 존재하는지 여부. 우리는 그들의 속성이 현재의 이론과 일치하는지 또는 일관성이 없는지를 이해하는 데 도움이 될 더 많은 증거를 찾고자합니다. 우리는 이것이 우주의 가장 큰 신비 중 하나 인 암흑 물질의 본질을 이해하는 데 또 하나의 발걸음을 내딛기를 희망합니다. "라고 Dokkum은 천문학과의 대화에서 말했다.