우리 은하, 암흑 물질 카펫 위에 놓여 있다
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2026-02-25 22:50:39
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- 안드로메다은하는 약 250만 광년 떨어져 있으며, 질량과 모양이 우리 은하와 쌍둥이
- 천문하자들, 안드로메다은하를 비롯한 국부 은하군 구성원들의 행동에 대해 의문 품어
- 이들의 중력은 국부 은하군의 다른 인근 은하들도 끌어당겨야 하지만, 그렇지 않다
- 이 평면의 높은 물질 밀도는 국부 은하군 주변의 은하들을 끌어당긴다.
안드로메다은하(M31)는 약 250만 광년 떨어져 있으며, 질량과 모양 면에서 우리 은하와 거의 쌍둥이처럼 닮았다. 두 은하의 헤일로는 서로 닿아 있으며, 점점 더 가까워지고 있다. 우주의 다른 대부분 은하와 달리, 안드로메다은하는 우리에게서 멀어지고 있지 않다. 오히려 안드로메다은하는 우리 은하에 접근하고 있으며, 약 40억 년 후에는 충돌할 가능성도 있다.
천문학자들은 에드윈 허블이 우주의 팽창을 발견한 지 거의 100년이 지난 지금, 안드로메다은하를 비롯한 국부 은하군 구성원들의 행동에 대해 의문을 품어왔다. 이 은하들의 질량만으로는 이러한 빠른 접근을 설명하기에 충분하지 않다. 게다가, 이들의 중력은 국부 은하군의 다른 인근 은하들도 끌어당겨야 하지만, 실제로는 그렇지 않다.
국부 은하군과 주변 은하들의 빠른 진화
흐로닝언 대학교의 에우드 웸페(Ewoud Wempe)가 이끄는 천체물리학 연구팀은 우리 은하와 안드로메다은하 사이의 불가사의한 인력의 원인을 더욱 자세히 조사했다. 이를 위해 연구팀은 빅뱅 직후부터 현재까지 국부 은하군과 그 주변 은하들의 진화를 시뮬레이션을 통해 재구성했다. 시뮬레이션은 표준 우주론 모델의 사양을 따르도록 설계되었지만, 나머지 매개변수는 궁극적으로 현재 상황을 최대한 정확하게 재현하도록 선택되었다.
결과적으로, 웸페와 그의 연구팀은 "이 프로그램은 현재까지의 모든 관측 결과를 재현하는 일련의 시뮬레이션을 성공적으로 생성했다"고 보고했다. 모델에 통합된 모든 은하는 정확한 위치에 있었고 관측 데이터에 따라 움직였다. 시뮬레이션에서도 우리 은하와 안드로메다은하는 서로를 향해 이동하는 반면, 반경 최대 1300만 광년 내에 분포된 31개의 은하는 멀어지는 것으로 나타났다. 이는 국부 은하군의 질량에도 불구하고 나타나는 현상이다.
구형이 아닌 평면
놀라운 점은 이러한 결과가 국부 은하군 주변에 암흑 물질이 균일하게 분포되어 있지 않을 때만 가능하다는 것이다. 천체물리학자들은 "우리 은하와 안드로메다은하 주변의 질량이 평면에 집중된 것을 볼 수 있다"고 설명했다. 이처럼 밀도가 높은 암흑 물질로 이루어진 평면이 존재할 때에만 시뮬레이션 결과가 관측 결과 및 표준 우주론 모델과 일치한다.
구형이 아닌 평평한 형태. 더 자세히 분석한 결과, 이 보이지 않는 암흑 물질 원반은 두께가 약 500만 광년이지만, 모든 방향으로 3200만 광년 이상 뻗어 있는 것으로 밝혀졌다. 이 암흑 물질 평면의 위아래에는 물질 밀도가 낮은 영역인 공허(void)가 존재한다. 연구팀은 "모델에 의해 결정된 이 구조는 거인 위원회(Council of Giants)와 국부 공허(Local Void)를 포함한 인근 은하들의 공간 분포와 놀라울 정도로 유사하다"고 보고했다.
허블 수수께끼에 대한 설명
더 중요한 것은, 이 암흑 물질 원반과 주변의 공허가 우리 은하와 안드로메다은하가 왜 그렇게 특이하게 행동하는지를 설명할 수 있다는 점이다. 웸페와 그의 동료들은 "우리의 연구는 이러한 불일치가 관측 오류나 표준 우주론 모델의 실패 때문이 아니라는 것을 보여준다"며, "대신, 이는 국부 은하군 주변의 질량 분포가 평평한 기하학적 구조를 지니고 있기 때문"이라고 설명했다.
여기서 중요한 것은 암흑 물질 평면 내의 인력과 그 위아래로 희박한 공허 영역의 인력(引力) 조합이다. 이 평면의 높은 물질 밀도는 국부 은하군 주변의 은하들을 끌어당긴다. 이것이 바로 이 은하들이 우리 은하와 안드로메다은하에 끌리지 않는 이유다. 이 평면의 위아래 영역에서는 암흑 물질의 균형 잡힌 중력 효과가 거의 나타나지 않는다. 따라서 그곳의 은하들은 우리 쪽으로 이동하고 있어야 한다. 하지만 천체물리학자들의 설명에 따르면, 이 공허 영역에는 가까운 은하가 없다.
공허 속 탐색
웸페와 그의 연구팀에 따르면, 이 구조는 거의 100년 동안 풀리지 않았던 수수께끼를 해결한다. 웸페는 "현재의 우주론적 모델과 우리 은하 주변 환경의 역학 모두와 일치하는 모델을 갖게 되어 매우 기쁘다"고 말했다. 그들의 모델은 두 개의 공허 영역에서 가까운 은하를 발견하고 그 움직임을 측정함으로써 검증될 수 있다.
연구팀은 "이 영역에서 가까운 고립된 왜소은하를 발견하는 것은 우리가 가정한 구조를 검증하는 데 매우 중요한 시험대가 될 수 있다"고 밝혔다. 실제로, 더 멀리 떨어진 은하들이 높은 은하 위도에서 국부 은하군에 빠르게 접근하는 것이 이미 관측되었다.
참고: Nature Astronomy, 2026; doi: 10.1038/s41550-025-02770-w
출처: Nature Astronomy, University of Groningen
- 안드로메다은하는 약 250만 광년 떨어져 있으며, 질량과 모양이 우리 은하와 쌍둥이
- 천문하자들, 안드로메다은하를 비롯한 국부 은하군 구성원들의 행동에 대해 의문 품어
- 이들의 중력은 국부 은하군의 다른 인근 은하들도 끌어당겨야 하지만, 그렇지 않다
- 이 평면의 높은 물질 밀도는 국부 은하군 주변의 은하들을 끌어당긴다.
우리 은하, 암흑 물질 카펫 위에 놓여 있다
질량이 증가된 얕은 층이 100년 묵은 미스터리를 해결할 수 있을지도
숨겨진 구조:
우리 은하와 국부 은하군은 거대하고 보이지 않는 층, 즉 밀도가 높은 암흑 물질 카펫 위에 놓여 있다고 천체 물리학자들이 보고했다. 이 암흑 물질 구조는 거의 100년 묵은 미스터리를 해결할 수 있을지도 모른다. 연구팀은 "네이처 애스트로노미"에 발표한 논문에서, 이 밀도가 높은 평면과 그 위아래의 빈 공간들이 우리 은하와 안드로메다 은하가 서로 가까워지고 있는 반면, 다른 인근 은하들은 그렇지 않은 이유를 설명한다고 밝혔다.
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| ▲ 국부 은하군의 은하들은 예상과 다르게 행동한다. 특히 우리 은하와 안드로메다 은하(중심부의 밝은 점들)가 그렇다. 암흑 물질이 이러한 현상을 설명할 수 있을 것이다. © Ewoud Wempe et al. |
안드로메다은하(M31)는 약 250만 광년 떨어져 있으며, 질량과 모양 면에서 우리 은하와 거의 쌍둥이처럼 닮았다. 두 은하의 헤일로는 서로 닿아 있으며, 점점 더 가까워지고 있다. 우주의 다른 대부분 은하와 달리, 안드로메다은하는 우리에게서 멀어지고 있지 않다. 오히려 안드로메다은하는 우리 은하에 접근하고 있으며, 약 40억 년 후에는 충돌할 가능성도 있다.
천문학자들은 에드윈 허블이 우주의 팽창을 발견한 지 거의 100년이 지난 지금, 안드로메다은하를 비롯한 국부 은하군 구성원들의 행동에 대해 의문을 품어왔다. 이 은하들의 질량만으로는 이러한 빠른 접근을 설명하기에 충분하지 않다. 게다가, 이들의 중력은 국부 은하군의 다른 인근 은하들도 끌어당겨야 하지만, 실제로는 그렇지 않다.
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| ▲ 안드로메다 은하는 초속 100킬로미터의 속도로 우리 은하를 향해 움직이고 있다. © NASA/JPL-Caltech |
국부 은하군과 주변 은하들의 빠른 진화
흐로닝언 대학교의 에우드 웸페(Ewoud Wempe)가 이끄는 천체물리학 연구팀은 우리 은하와 안드로메다은하 사이의 불가사의한 인력의 원인을 더욱 자세히 조사했다. 이를 위해 연구팀은 빅뱅 직후부터 현재까지 국부 은하군과 그 주변 은하들의 진화를 시뮬레이션을 통해 재구성했다. 시뮬레이션은 표준 우주론 모델의 사양을 따르도록 설계되었지만, 나머지 매개변수는 궁극적으로 현재 상황을 최대한 정확하게 재현하도록 선택되었다.
결과적으로, 웸페와 그의 연구팀은 "이 프로그램은 현재까지의 모든 관측 결과를 재현하는 일련의 시뮬레이션을 성공적으로 생성했다"고 보고했다. 모델에 통합된 모든 은하는 정확한 위치에 있었고 관측 데이터에 따라 움직였다. 시뮬레이션에서도 우리 은하와 안드로메다은하는 서로를 향해 이동하는 반면, 반경 최대 1300만 광년 내에 분포된 31개의 은하는 멀어지는 것으로 나타났다. 이는 국부 은하군의 질량에도 불구하고 나타나는 현상이다.
구형이 아닌 평면
놀라운 점은 이러한 결과가 국부 은하군 주변에 암흑 물질이 균일하게 분포되어 있지 않을 때만 가능하다는 것이다. 천체물리학자들은 "우리 은하와 안드로메다은하 주변의 질량이 평면에 집중된 것을 볼 수 있다"고 설명했다. 이처럼 밀도가 높은 암흑 물질로 이루어진 평면이 존재할 때에만 시뮬레이션 결과가 관측 결과 및 표준 우주론 모델과 일치한다.
구형이 아닌 평평한 형태. 더 자세히 분석한 결과, 이 보이지 않는 암흑 물질 원반은 두께가 약 500만 광년이지만, 모든 방향으로 3200만 광년 이상 뻗어 있는 것으로 밝혀졌다. 이 암흑 물질 평면의 위아래에는 물질 밀도가 낮은 영역인 공허(void)가 존재한다. 연구팀은 "모델에 의해 결정된 이 구조는 거인 위원회(Council of Giants)와 국부 공허(Local Void)를 포함한 인근 은하들의 공간 분포와 놀라울 정도로 유사하다"고 보고했다.
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| ▲ 시뮬레이션 결과: 왼쪽은 위에서 본 모습, 오른쪽은 측면에서 본 모습. 밝고 붉은색을 띠는 부분은 암흑 물질의 밀집도가 높아진 영역을 나타냅니다. 중앙의 두 밝은 점은 우리 은하와 안드로메다 은하다. 녹색 점들은 국부 은하군 주변의 은하들이다. © 막스 플랑드르 천체물리학 연구소 |
허블 수수께끼에 대한 설명
더 중요한 것은, 이 암흑 물질 원반과 주변의 공허가 우리 은하와 안드로메다은하가 왜 그렇게 특이하게 행동하는지를 설명할 수 있다는 점이다. 웸페와 그의 동료들은 "우리의 연구는 이러한 불일치가 관측 오류나 표준 우주론 모델의 실패 때문이 아니라는 것을 보여준다"며, "대신, 이는 국부 은하군 주변의 질량 분포가 평평한 기하학적 구조를 지니고 있기 때문"이라고 설명했다.
여기서 중요한 것은 암흑 물질 평면 내의 인력과 그 위아래로 희박한 공허 영역의 인력(引力) 조합이다. 이 평면의 높은 물질 밀도는 국부 은하군 주변의 은하들을 끌어당긴다. 이것이 바로 이 은하들이 우리 은하와 안드로메다은하에 끌리지 않는 이유다. 이 평면의 위아래 영역에서는 암흑 물질의 균형 잡힌 중력 효과가 거의 나타나지 않는다. 따라서 그곳의 은하들은 우리 쪽으로 이동하고 있어야 한다. 하지만 천체물리학자들의 설명에 따르면, 이 공허 영역에는 가까운 은하가 없다.
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| ▲ 원통 좌표계에서의 특이한 속도장. 각 화살표는 ΔR = Δz = 0.5 Mpc 구간에서의 평균 속도를 나타낸다. 왼쪽 절반의 배경색은 사후 평균 밀도장(그림 2와 같음)을 나타내고, 오른쪽 절반은 개별 500 kpc 평활화된 사후 속도장의 방위각 평균 앙상블 평균에 대한 제곱평균제곱근(r.m.s.) 산포를 나타낸다. (출처: Published: 27 January 2026 / The mass distribution in and around the Local Group / nature astronomy) |
공허 속 탐색
웸페와 그의 연구팀에 따르면, 이 구조는 거의 100년 동안 풀리지 않았던 수수께끼를 해결한다. 웸페는 "현재의 우주론적 모델과 우리 은하 주변 환경의 역학 모두와 일치하는 모델을 갖게 되어 매우 기쁘다"고 말했다. 그들의 모델은 두 개의 공허 영역에서 가까운 은하를 발견하고 그 움직임을 측정함으로써 검증될 수 있다.
연구팀은 "이 영역에서 가까운 고립된 왜소은하를 발견하는 것은 우리가 가정한 구조를 검증하는 데 매우 중요한 시험대가 될 수 있다"고 밝혔다. 실제로, 더 멀리 떨어진 은하들이 높은 은하 위도에서 국부 은하군에 빠르게 접근하는 것이 이미 관측되었다.
참고: Nature Astronomy, 2026; doi: 10.1038/s41550-025-02770-w
출처: Nature Astronomy, University of Groningen
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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