세종대 지웅배 교수, 은하 ‘워프’로 암흑물질 헤일로 영향 직접 규명

국지적 은하 진화가 거대 우주 구조와 맞물리는 ‘글로컬’ 효과 제시

[헤럴드경제=김용재 기자] 세종대학교(총장 엄종화) 자유전공학부 지웅배 교수 연구팀이 관측이 불가능하다고 여겨져 온 은하 주변 암흑물질 헤일로의 중력적 영향을 은하 원반의 뒤틀림(워프)과 위성은하의 공간 분포를 통해 보다 직접적으로 규명[사진]했다.

나아가 은하 수준의 국지적(local) 진화가 우주 거대 구조라는 거시적(global) 환경과 밀접히 연결된다는, 이른바 ‘글로컬(glocal) 효과’를 관측 통계로 제시했다. 이번 성과는 미국천체물리학회지 ‘Astrophysical Journal’에 지난 11월 5일자로 게재됐다.

이번 연구는 세종대 지웅배 교수가 제1저자로 참여하고 영국 옥스퍼드대학교와 한국 연세대학교 연구진이 공동 수행했다.

우리은하를 포함한 다수의 원반 은하 가운데 약 60%는 원반 외곽이 S자 또는 U자 형태로 휘는 워프를 보이지만, 그동안 인접 은하와의 조석 상호작용만으로는 관측되는 빈도와 형태의 다양성이 충분히 설명되지 않았다

연구팀은 비구형ㆍ비대칭 암흑물질 헤일로가 원반에 비등방 중력을 가해 워프를 유도한다는 가설에 주목하고, 워프가 없는 대조군과 워프 은하를 체계적으로 비교해 중심은하 주변 위성은하 분포의 편향을 정밀 검증했다. 그 결과, 워프 은하 주변의 위성은하 분포가 대조군 대비 뚜렷한 방향성 편향을 보이며, 이는 비대칭 암흑물질 헤일로가 워프 형성의 주요 원인임을 지지하는 가장 직접적이고 통계적인 관측 근거로 해석된다.

더 나아가 암흑물질 헤일로의 비대칭성은 주변 우주 거대 구조의 필라멘트와 뚜렷한 정렬 관계를 보였는데, S형 워프 은하는 헤일로 축이 인접 필라멘트와 거의 나란히, U형 워프 은하는 거의 수직으로 정렬돼 있었다. 이는 수십만 광년 규모의 개별 은하 구조가 수십억 광년 규모의 거대 구조와 연속적으로 연결돼 있음을 시사하며, 거시적 환경(필라멘트) → 암흑물질 헤일로(형태ㆍ방향) → 국지적 은하 구조(워프ㆍ위성 분포)로 이어지는 인과 사슬을 제시한다.

직접 관측이 불가능한 암흑물질의 형태와 방향성을 관측 가능한 위성은하 분포와 원반 기하학으로 추정하는 간접 측정 프레임을 확립했고, 현대 우주론의 핵심 미스터리인 암흑물질이 은하와 우주 진화에 미치는 영향을 거시ㆍ미시를 아우르는 관점에서 해석할 단서를 제공한다고 학교측은 설명했다.

[한양대 제공]