ALMA는 암흑 물질의 미묘한 특징을 밝힙니다.

선구적인 관측을 통해 은하 수준 이하의 암흑 물질 변동이 밝혀졌으며, 이는 차가운 암흑 물질에 대한 이론을 확증하고 우주 형성에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

일본 오사카 킨다이 대학의 이노우에 카이키 교수가 이끄는 연구팀은 세계에서 가장 강력한 전파 간섭계인 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열을 사용하여 거대한 은하보다 작은 규모의 우주 암흑 물질 분포의 변동을 감지했습니다. . 배열).앨마), 칠레 공화국에 위치하고 있습니다.

3만 광년 규모의 먼 우주에서 암흑물질의 공간적 변동이 감지된 것은 이번이 처음이다. 이 결과는 차가운 암흑물질이^[1] 이는 거대한 은하보다 작은 규모에서도 바람직하며 암흑 물질의 진정한 본질을 이해하는 데 중요한 단계입니다. 기사는 다음에 게재될 예정입니다. 그만큼 천체 물리학 저널.

그림 1. 암흑 물질에서 감지된 변동. 밝은 주황색일수록 암흑물질 밀도가 높은 영역을 나타내고, 어두운 주황색일수록 암흑물질 밀도가 낮은 영역을 나타냅니다. 흰색과 파란색은 ALMA가 관측한 중력 렌즈 물체를 나타냅니다. 출처: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

주요 포인트

• 국제 프로젝트인 세계 최대 전파 간섭계 ALMA에 의한 관측.
• 3만 광년 미만 규모의 우주에서 암흑물질 변동이 최초로 감지되었습니다.
• 암흑물질의 본질을 밝히기 위한 중요한 단계입니다.

ALMA는 암흑 물질 분포의 소규모 변동을 감지합니다.

우주 질량의 대부분을 차지하는 눈에 보이지 않는 물질인 암흑물질은 별이나 은하 등의 구조를 형성하는 데 중요한 역할을 했다고 생각된다.^[2] 암흑 물질은 공간에 균일하게 분포되지 않고 덩어리로 분포되어 있기 때문에 암흑 물질의 중력은 먼 광원에서 나오는 빛(전파 포함)의 경로를 약간 변경할 수 있습니다. 이 효과(중력 렌즈)를 관찰하면 암흑 물질이 상대적으로 거대한 은하 및 은하단과 연관되어 있음이 밝혀졌지만, 암흑 물질이 더 작은 규모로 어떻게 분포되어 있는지는 아직 알려져 있지 않습니다.

연구팀은 지구에서 110억 광년 떨어진 물체를 관찰하기 위해 ALMA를 사용하기로 결정했습니다. 그 물체는 렌즈를 가진 퀘이사이고,^[3] MG J0414+0534^[4] (이하 ‘이 퀘이사’라 칭함)

이 퀘이사는 전경 은하의 중력 렌즈 효과로 ​​인해 사각형 이미지를 갖는 것으로 보입니다. 그러나 이러한 겉보기 이미지의 위치와 모양은 전경 은하의 중력 렌즈 효과만으로 계산된 것과 다르며, 이는 거대한 은하보다 작은 규모의 암흑 물질 분포의 중력 렌즈 효과가 작용하고 있음을 시사합니다.

그림 2: MG J0414+0534 중력 렌즈 시스템의 개념도. 이미지 중앙에 있는 물체는 렌즈형 은하를 나타냅니다. 주황색은 은하간 공간의 암흑물질을 나타내고, 연한 노란색은 렌즈형은하의 암흑물질을 나타냅니다. 크레딧: NAOJ, KT 이노우에

우주 규모(수백억 광년)보다 훨씬 작은 약 3만 광년 규모에서도 암흑물질 밀도의 공간적 변동이 있는 것으로 밝혀졌다. 이 결과는 암흑물질 덩어리가 은하 내부(그림 2의 연한 노란색)뿐만 아니라 은하간 공간(그림 2의 주황색)에도 존재한다고 예측하는 차가운 암흑물질에 대한 이론적 예측과 일치합니다.

이번 연구에서 발견된 암흑물질 덩어리의 중력렌즈 효과는 너무 작아서 자체적으로 탐지하기가 극히 어렵습니다. 그러나 전경 은하에 의한 중력 렌즈 효과와 ALMA의 고해상도 덕분에 우리는 처음으로 그 효과를 감지할 수 있었습니다. 따라서 이번 연구는 암흑물질 이론을 검증하고 그 본질을 밝히는 중요한 단계이다.

본 연구는 KT Inoue et al의 “렌즈가 장착된 퀘이사 MG J0414+0534를 향해 10kpc에서 렌즈 파워 스펙트럼의 ALMA 측정”이라는 제목의 논문으로 발표되었습니다. 에서 천체 물리학 저널.

노트

1. 차가운 암흑물질
   우주가 팽창함에 따라 물질의 밀도는 감소하므로 암흑물질 입자(빛에 보이지 않는 물질)는 더 이상 다른 입자와 만나지 않고 일반 물질의 운동과 다른 독립적인 운동을 하게 됩니다. 이 경우 일반 물질에 비해 빛의 속도보다 훨씬 낮은 속도로 움직이는 암흑물질 입자를 차가운 암흑물질이라고 합니다. 속도가 느리기 때문에 우주의 대규모 구조물을 지울 수 있는 능력이 없습니다.
2. 우주의 구조 형성
   초기 우주에서는 암흑물질 밀도 변동의 중력적 성장과 암흑물질 덩어리에 끌어당겨진 수소와 헬륨의 축적으로 인해 별과 은하가 형성되었다고 생각됩니다. 거대한 은하보다 작은 규모의 암흑물질 분포는 아직 알려지지 않았습니다.
3. 퀘이사
   퀘이사는 매우 밝은 빛을 방출하는 은하계의 중심에 있는 조밀한 영역입니다. 결합된 지역과 그 주변에는 전파를 방출하는 다량의 먼지가 포함되어 있습니다.
4. MG J0414+0534
   MG J0414+0534는 지구에서 볼 때 황소자리 방향에 위치해 있다. 이 물체의 적색편이(빛의 파장 증가를 원래 파장으로 나눈 값)는 z=2.639입니다. 우주론적 매개변수의 불확실성을 고려하면 해당 거리는 110억 광년으로 가정됩니다.

참조: “렌즈가 있는 퀘이사 MG J0414+0534를 향해 10kpc에서 렌즈력 스펙트럼의 ALMA 측정”, Kaiki Taro Inoue, Takeo Minezaki, Satoki Matsushita 및 Koichiro Nakanishi, 2023년 9월 7일, 천체 물리학 저널.
도이: 10.3847/1538-4357/aceb5f

이 연구는 일본 과학 진흥회(No. 17H02868, 19K03937), 일본 국립 천문대 ALMA 공동 과학 연구 프로젝트 2018-07A의 과학 연구 보조금의 지원을 받았습니다. ALMA JAPAN 연구 기금 NAOJ-ALMA-256 및 대만 MoST. 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119- M-001-020.