은하단 관측을 통한 암흑 에너지 속성 연구 : 암흑 에너지는 전혀 변하지 않았다.

 

Credit  X-ray: NASA/CXC/Univ. of Alabama/A. Morandi et al; Optical: SDSS, NASA/STScI

 

• 과학자들은 암흑에너지를 연구하기 위해 상당히 많은 은하단을 활용하고 있다.
  

• 찬드라 X선 빛통은 300개 이상의 은하단으로부터 복사되는 X선에 대한 세부 데이터를 수집하였다.
  

• 관측 대상이 된  은하단들은 7억 6천만 광년에서 87억 광년 사이에 분포하고 있다.

• 이번 연구는 암흑 에너지가 수십억년의 시간 동안 전혀 변하지 않았음을 보여주고 있다.

이 4개 은하단은 암흑에너지의 연구를 위해 관측된 300개 이상의 은하단 중 일부이다.
암흑에너지는 우주의 팽창을 가속시키고 있는 수수께끼의 에너지이다.

 

이 사진들은 찬드라 X선 빛통이 촬영한 X선 데이터(보라색)에 허블우주빛통 및 의 슬로안 디지털 스카이 서베이의 가시광선 사진(붉은 색, 초록색, 파란색)을 합성한 것이다.

 

과학자들은 은하단 최외각 관측의 이점을 활용할 수 있는 참신한 기술을 이용하여  X선 복사의 윤곽과 크기에서 나타나는 동일성을 보여주었다.

 

이번 관측에 따르면 보다 무거운 은하단은 단순히 보다 가벼운 은하단의 버전업 형태에 지나지 않는다고 한다.
이는 내부에 또다른 인형들을 품고 있는 러시아 인형과 유사한 특성이다.

 

우주를 구성하는 물질의 상당부분은 눈에 보이지 않는 물질인 암흑물질이 차지하고 있다.
그리고 천문학자들이 우주론의 변수(cosmological parameters)라 부르는 암흑에너지의 속성은 대상 천체까지의 거리가 시간에 따라 어떻게 변해가는지를 말해주는 우주의 팽창율에 영향을 미친다.

 

만약 우주론적 변수들이 부정확하게 쓰이고 은하단이 기준 속도보다 훨씬 빠른 속도로 멀어져 간다고 추정한다면 은하단은 이러한 러시아 인형의 속성 때문에 훨씬 더 크고 희미하게 보이게 될 것이다.
그러나 은하단이 기준 속도보다 훨씬 느리게 움직인다고 가정한다면 은하단은 비교적 더 작고 밝은 모습을 띠게 될 것이다.

 

이번 연구 결과는 암흑 에너지의 양이 수십억년 상관에 전혀 변하지 않았다는 이전의 연구 결과를 확정해 주었다.
연구 결과는 또한 암흑 에너지야 말로 우주 상수(cosmological constant)에 의해 최상의 설명이 가능하다는 아이디어를 지지해주고 있다.
우주 상수란 아인슈타인이 처음으로 제안한 것으로 비어있는 우주 자체가 품고 있는 에너지를 말한다.

 

이번에 샘플로 사용된 은하단들의 지구로부터 거리 범주는 7억 6천만 광년에서 87억 광년에 이른다.
이 은하단들은 암흑에너지가 한때  우주의 가속 팽창을 감속시켰던 시기의 정보도 제공해주고 있다.

 

은하단의 외곽 부분에서 발생하는 X선 복사는 그 지역의 가스가 희미하게 퍼져 있기 때문에 똑같이 희미하게 나타난다.
이번 연구에서는 서로 다른 은하단으로부터 오는 X선 신호가 추가되었다.

 

은하단의 중심 근처 지역은 분석에서 제외되었는데 이는 가스를 식히고 별을 형성해내는 초거대질량의 블랙홀 폭발에 의해 서로 다른 은하단의 속성 간에는 현저한 차이가 나타나기 때문이다.

 

안드레아 모란디(Andrea Morandi )와 선 밍(Ming Sun)에 의해 기술된 이번 논문은 2016년 4월 11일 왕립천문학회 월보에 개재되었으며 온란으로도 조회가 가능하다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2016년 4월 28일
         http://chandra.harvard.edu/photo/2016/clusters/

 

참고 : Abell 1835, MS 1455.0+2232, RXJ 1347.5-1145, ZWCL 3146을 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 수 있습니다.
       - 은하 일반 :  https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하그룹 :  https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 :  https://big-crunch.tistory.com/12346977

 

 

원문>

Probing Dark Energy with Clusters: "Russian Doll" Galaxy Clusters Reveal Information About Dark Energy

• Researchers are using a large sample of galaxy cluster to investigate dark energy.

 

• The details of X-ray emission from over 300 galaxy clusters were obtained with Chandra.

 

• The galaxy clusters range in distance from about 760 million to 8.7 billion light years from Earth.

 

• The study shows that dark energy has not changed over billions of years.

 

These four galaxy clusters were part of a large survey of over 300 clusters used to investigate dark energy, the mysterious energy that is currently driving the accelerating expansion of the Universe, as described in our latest press release. In these composite images, X-rays from NASA's Chandra X-ray Observatory (purple) have been combined with optical light from the Hubble Space Telescope and Sloan Digital Sky Survey (red, green, and blue).

Researchers used a novel technique that takes advantage of the observation that the outer reaches of galaxy clusters, the largest structures in the universe held together by gravity, show similarity in their X-ray emission profiles and sizes. That is, more massive clusters are simply scaled up versions of less massive ones, similar to Russian dolls that nest inside one another.

The amount of matter in the Universe, which is dominated by the unseen substance called dark matter, and the properties of dark energy (what astronomers call cosmological parameters) affect the rate of expansion of the Universe and, therefore, how the distances to objects change with time. If the cosmological parameters used are incorrect and a cluster is inferred to be traveling away faster than the correct value, then a cluster will appear to be larger and fainter due to this "Russian doll" property. If the cluster is inferred to be traveling away more slowly than the correct value, the cluster will be smaller and brighter than a cluster according to theory.

These latest results confirm earlier studies that the amount of dark energy has not changed over billions of years. They also support the idea that dark energy is best explained by the "cosmological constant," which Einstein first proposed and is equivalent to the energy of empty space.

The galaxy clusters in this large sample ranged in distance from about 760 million to 8.7 billion light years from Earth, providing astronomers with information about the era where dark energy caused the once-decelerating expansion of the Universe to accelerate.

The X-ray emission in the outer parts of galaxy clusters is faint because the gas is diffuse there. To deal with this issue in this study, the X-ray signal from different clusters was added together. Regions near the centers of the clusters are excluded from the analysis because of large differences between the properties of different clusters caused by supermassive black hole outbursts, the cooling of gas and the formation of stars.

A paper describing these results by Andrea Morandi and Ming Sun (University of Alabama at Huntsville) appeared in the April 11th, 2016 issue of the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society journal and is available online. NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra's science and flight operations.