초거대퀘이사군
1. 개요
초거대퀘이사군은 2013년 발견된, 퀘이사가 거대한 규모로 군집을 이루는 구조이다. 사자자리 부근에서 발견되었으며, 관측 가능한 우주에서 가장 거대한 구조로 알려져 있다. 약 1.24기가파섹의 길이에 73개의 퀘이사를 포함하며, 약 90억 광년 거리에 위치한다. 초거대퀘이사군의 발견은 우주 원리에 대한 논쟁을 불러일으켰으며, 구조의 실존 여부에 대한 논란이 있다.
| 명칭 | U1.27 |
|---|---|
| 별칭 | 거대한 대형 퀘이사 그룹 (Huge large quasar group) Huge-LQG |
| 천체 분류 | 대규모 퀘이사 군 |
| 중요성 | 이론을 크게 초월하는 우주의 거대 구조 발견 |
|---|
| 별자리 | 사자자리 |
|---|---|
| 적색 편이 | 1.27 |
| 겉보기 후퇴 속도 | 202345 km/s |
| 실제 후퇴 속도 | 279444 km/s |
| 겉보기 거리 | 87억 광년 |
| 실제 거리 | 129억 광년 |
| 지름 | 16억 3천만 광년 (500 Mpc) |
|---|---|
| 최대 지름 | 40억 4천만 광년 (1240 Mpc) |
| 질량 | 6.1 × 1018 M☉ |
| 구성 퀘이사 수 | 73개 |
| 발견 연도 | 2012년 |
|---|---|
| 공표일 | 2013년 1월 |
| 발견자 | Roger G. Clowes 등 |
| 발견 방법 | SDSS 데이터 분석 |
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2012년 발견한 천체 -
367943 두엔데
367943 두엔데는 2012년 발견된 아텐군 소행성으로, 2013년 지구 근접 통과 후 궤도가 바뀌어 공전 주기가 단축되었고 L형 소행성으로 분류되며, 20m x 40m 크기의 길쭉한 형태를 띠는 것으로 추정된다. -
2012년 발견한 천체 -
2012 VP113
2012 VP113은 태양계에서 발견된 소행성으로, 세드노이드에 속하며 궤도가 태양계 외부에 존재할 가능성이 있는 행성9의 존재를 시사한다. -
퀘이사 -
아인슈타인 십자가
아인슈타인 십자가는 페가수스자리에 위치한 퀘이사가 렌즈 은하의 중력 렌즈 효과로 인해 4개의 상으로 보이는 현상이다. -
퀘이사 -
백조자리 A 은하
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사자자리 -
사자자리 뮤
사자자리 뮤는 사자자리에 위치한 K형 적색 거성으로, 라살라스라는 고유 명칭을 가지며, 2014년에 외계 행성 사자자리 뮤 b가 발견되었다. -
사자자리 -
K2-18b
K2-18b는 지구에서 124광년 떨어진 적색 왜성 K2-18을 공전하는 외계 행성으로, 대기 중 수증기, 메탄, 이산화탄소, 다이메틸 설파이드가 검출되었으며 생명체 존재 가능성이 연구되고 있다.
2. 발견
2013년 1월 11일, 영국 센트럴 랭크셔 대학교의 로저 G. 클로즈와 동료들은 사자자리 부근에서 퀘이사들이 군집을 이루고 있음을 발표했다. 이들은 슬론 디지털 전천 탐사의 DR7QSO 목록 데이터를 이용했으며, 이 군집이 관측 가능한 우주에서 밝혀진 것 중 가장 거대한 구조라고 발표했다. 이 구조는 2012년 11월에 처음 발견되어 두 달의 검증 과정을 거쳤다. 이 구조의 발표는 전 세계적으로 큰 주목을 받았고, 과학계에 큰 반향을 일으켰다.
3. 특징
초거대퀘이사군(Huge-LQG)은 최대 길이가 약 1.24 Gpc(약 40억 4천만 광년)이고, 다른 부분은 370~640 Mpc으로 추정되며, 73개의 퀘이사를 포함하고 있다. 퀘이사는 물질을 흡수하고 있는 초대질량 블랙홀로 추정되는 매우 밝은 활동은하핵이다. 퀘이사는 우주에서 밀도가 높은 영역에서만 발견되기 때문에, 우주에서 물질의 과밀집을 찾는 데 이용될 수 있다. 평균 적색편이가 1.27이기 때문에 처음에는 U1.27로 이름 붙여졌으며, 지구로부터 약 90억 광년 거리에 위치한다.
U1.27의 평균 직경은 16억 3천만 광년에 달하며, 슬론 장성의 길이 13억 8천만 광년을 훨씬 능가하는 크기이다. 73개의 퀘이사로 구성되어 있으며, 퀘이사의 배치는 대략 알파벳 C자 모양을 그리고 있다. U1.27의 질량은 총 6.1(M)으로 추정되는데, 이는 물고기자리-고래자리 초은하단 복합체의 6배 이상이다.
사자자리 방향으로 129억 광년 떨어진 위치에 있으며, 87억 년 전 시대에 존재했던 거대 퀘이사군이다. 즉, 우주의 탄생으로부터 약 50억 년 후에 존재했던 대규모 구조임을 나타낸다.
4. 우주 원리 논쟁
클로즈는 이 구조에 관한 초기 발표에서, 이 구조가 우주 원리에 어긋난다고 보고했다. 우주 원리는 충분히 큰 규모에서 우주가 거의 균일하다는 것을 의미하며, 이는 우주의 서로 다른 영역 사이의 물질 밀도와 같은 양의 통계적 변동이 작다는 것을 뜻한다. 그러나 이러한 변동이 충분히 작다고 간주될 수 있는 균질성 규모에 대한 서로 다른 정의가 존재하며, 적절한 정의는 사용되는 맥락에 따라 다르다. 자스완트 야다프 등은 우주의 프랙탈 차원에 기반하여 균질성 규모를 정의했고, 이에 따르면 우주의 균질성 규모의 상한선은 260/h Mpc라고 결론 내렸다. 일부 연구에서는 이 정의에 따른 균질성 규모를 측정하기 위해 70~130/h Mpc 범위의 값을 발견했다.
2003년에 발견된 슬론 장성의 길이는 423 Mpc로, 이는 위에서 정의된 균질성 규모보다 약간 크다.
초거대퀘이사군은 야다프 등이 제시한 균질성 규모의 상한선보다 세 배 길고 두 배 넓기 때문에, 대규모 우주에 대한 우리의 이해에 도전한다고 주장되어 왔다.
그러나 장거리 상관 관계의 존재로 인해, 균질성 규모보다 더 큰 규모로 확장되는 우주의 은하 분포에서 구조를 발견할 수 있다는 것이 알려져 있다.
4.1. 논쟁과 반박
빌레필트 대학교의 세샤드리 나다투르는 초거대퀘이사군(Huge-LQG)에 대해 더 자세한 연구를 진행했다. 그는 클로즈의 주장과는 달리, 자신이 새로 만든 지도에서 Huge-LQG 주변 퀘이사들의 뚜렷한 군집을 발견하지 못했다고 발표했다. 이 지도는 클로즈가 만든 지도와 유사하지만, 해당 영역의 모든 퀘이사를 포함하고 있다는 차이가 있다. 나다투르는 퀘이사 데이터에 대한 통계적 연구를 통해, 퀘이사의 무작위 조합에서도 Huge-LQG 크기의 군집이 나타날 수 있음을 확인했다. 그는 클로즈가 연구한 영역과 같은 크기의 10,000개 영역을 설정하고, 하늘의 실제 퀘이사와 같은 위치 통계를 가진 무작위 퀘이사를 채워 넣었다. 이 데이터는 야다프 등의 균질성 규모 연구를 뒷받침하며, 우주원리에 대한 도전을 부정한다. 나다투르는 클로즈의 통계적 알고리즘으로 Huge-LQG와 유사한 수천 개의 군집을 발견했으며, 이는 Huge-LQG의 발견이 거짓 양성(false positive)이거나 구조 발견의 오류일 수 있음을 시사한다. 그는 Huge-LQG가 실존하는 구조가 아니라는 결론을 내렸다.
하지만 클로즈 등은 Huge-LQG의 실재성을 뒷받침하는 증거로 Mg II 흡수선(한 번 이온화된 마그네슘 가스)의 존재를 제시했다. 이들은 Mg II 가스가 Huge-LQG가 단순한 거짓 양성이 아니라 질량 과대 측정과 관련되어 있음을 보여준다고 주장했다.
후츠메이커스(Hutsemékers) 등은 퀘이사의 편광 측정을 통해 Huge-LQG의 실존 가능성을 추가로 제시했다. 2014년 9월, 이들은 Huge-LQG 내 퀘이사들의 편광을 측정한 결과, 500 Mpc 이상의 규모에서 편광 벡터 간의 "주목할 만한 연관성"을 발견했다고 발표했다.
5. 구성 퀘이사
초거대 퀘이사군은 슬론 디지털 전천 탐사(SDSS)에 등록된 퀘이사들의 분포를 조사하여 발견되었다. U1.27에 속하는 73개의 퀘이사 중 지구에서 가장 가까운 것은 SDSS 105140.40+203921.1 (122억 3400만 광년, z=1.1742)이고, 가장 먼 것은 SDSS 105637.49+150047.5 (136억 1600만 광년, z=1.3713)이다. 겉보기 등급이 가장 밝은 것은 SDSS 105210.02+165543.7 (16.430등급)이며, 가장 어두운 것은 SDSS 104321.62+143600.2 (19.080등급)이다.