우주론에서 가장 시급한 질문 중 하나는 "우주에 얼마나 많은 물질이 있는가?"입니다. 국제 과학자 팀이 두 번째로 물질의 총량을 측정하는 데 성공했습니다. 연구팀은 천체물리학 저널(The Asphysical Journal)에 물질이 우주의 전체 물질과 에너지의 31%를 차지하고 암흑 에너지가 나머지를 구성한다는 사실을 확인했다고 보고했습니다.
제1저자인 일본 치바대학교 이집트 국립천문지구물리학연구소 연구원인 모하메드 압둘라(Mohammed Abdullah) 박사는 다음과 같이 설명했습니다. "우주학자들은 전체 물질의 약 20%만이 별, 은하, 원자 및 생명을 포함하는 기존 물질 또는 '중입자' 물질로 구성되어 있다고 믿습니다." 약 80%는 암흑물질로 구성되어 있는데, 암흑물질의 신비한 성질은 아직 밝혀지지 않았지만 아직 발견되지 않은 일부 아원자 입자로 구성되어 있을 수도 있습니다. (그림 참조). "
공동 저자이자 Abdullah의 전 대학원 고문이자 물리학 교수이자 UC Merced의 연구, 혁신 및 경제 개발 부총장인 Gillian Wilson은 "팀은 단위 부피당 관찰된 은하단의 수와 질량을 수치 시뮬레이션의 예측과 비교하여 우주의 물질 총량을 결정하기 위해 잘 정립된 기술을 사용했습니다."라고 말했습니다. "현재 관찰되는 성단의 수, 소위 '성단 풍부도'는 우주적 조건, 특히 물질의 양에 매우 민감합니다."
버지니아 대학의 아나톨리 클라이핀 교수는 “우주에서 전체 물질의 비율이 높을수록 더 많은 성단이 형성된다”면서 “그러나 은하단의 질량을 정확하게 측정하는 것은 대부분의 물질이 망원경으로 직접 볼 수 없는 암흑물질이기 때문에 어렵다”고 말했다.
이러한 어려움을 극복하기 위해 팀은 은하단 질량에 대한 간접 추적기를 사용해야 했습니다. 그들은 질량이 더 큰 성단이 덜 질량이 큰 성단보다 더 많은 은하를 포함한다는 사실에 의존합니다(질량 풍부 관계: MRR). 은하계는 빛나는 별로 구성되어 있기 때문에 각 성단에 있는 은하계의 수를 사용하여 전체 질량을 간접적으로 결정할 수 있습니다. Sloan Digital Sky Survey 샘플에서 각 성단의 은하 수를 측정함으로써 팀은 각 성단의 총 질량을 추정할 수 있었습니다. 그런 다음 그들은 단위 부피당 관측된 은하단의 수와 질량을 수치 시뮬레이션으로 예측한 것과 비교했습니다.
관측 결과와 시뮬레이션 결과 사이에 가장 잘 맞는 것은 우주가 전체 물질의 31%로 구성되어 있다는 것입니다. 이 값은 플랑크 위성의 우주 마이크로파 배경(CMB) 관측과 잘 일치합니다. CMB가 완전히 독립적인 기술이라는 점은 주목할 가치가 있습니다.
검증 및 기술
치바 대학의 이시야마 토모아키(Tomoaki Ishiyama)는 "우리는 처음으로 MRR을 사용하여 물질 밀도를 성공적으로 측정했으며 이는 플랑크 팀이 CMB 방법을 사용하여 얻은 결과와 잘 일치합니다. 이 연구는 클러스터 풍부도가 우주 매개변수를 제한하는 경쟁 기술이며 CMB 이방성, 중입자 음향 진동, Ia형 초신성 또는 중력 렌즈와 같은 비 클러스터 기술을 보완한다는 것을 추가로 보여줍니다."라고 말했습니다.
팀은 그들의 결과가 방사선을 개별 밴드 또는 스펙트럼의 색상으로 분리하는 기술인 분광학을 성공적으로 사용하여 각 성단까지의 거리와 시선을 따라 있는 배경 또는 전경 산란 요인이 아닌 성단에 중력적으로 결합되어 있는 실제 구성원 은하를 정확하게 결정하는 최초의 성공적인 결과라고 믿습니다. MRR 기술을 사용하려고 시도한 이전 연구에서는 각 성단과 실제 구성원 은하까지의 거리를 결정하기 위해 특정 파장에서 촬영한 하늘 사진을 사용하는 등 훨씬 더 조잡하고 덜 정확한 이미징 기술에 의존했습니다.
결론 및 향후 적용
9월 13일 천체물리학 저널에 발표된 이 논문은 MRR 기술이 우주 매개변수를 결정하는 강력한 도구임을 보여줄 뿐만 아니라 Subaru 망원경, Dark Energy Survey, Dark Energy Spectrograph, Euclid Telescope, eROSITA Telescope 및 James Webb Space Telescope에서 수행한 것과 같은 대규모, 광시야, 심층 이미징 및 분광 은하 조사에서 얻은 새로운 데이터 세트에 이 기술을 적용할 수 있는 방법을 설명합니다.