VIRGOHI21

3. 암흑 은하 해석

VIRGOHI21의 높은 속도 프로파일 폭은 회전 운동으로 해석될 수 있다. 하지만 이 회전 속도는 관측된 수소의 질량만으로는 중력적으로 설명하기 어려울 정도로 빠르며,^[13] 수소 질량만으로 유지될 수 있는 속도의 1000배를 초과하는 것으로 추정된다.^[19] 이는 일반적인 은하에서도 나타나는 은하 회전 곡선 문제와 유사하며, 이 문제를 해결하기 위해 수십억 태양 질량에 달하는 거대한 암흑 물질 헤일로의 존재가 필요하다. VIRGOHI21의 경우, 필요한 암흑 물질의 양은 태양 질량의 약 500억 배로 추정된다.^[16]

VIRGOHI21에서 관측된 별의 수가 매우 적다는 점을 고려하면, 질량 대 광도비는 약 500에 달하는데, 이는 일반적인 은하의 값(약 50)보다 훨씬 높은 수치이다.^[11] 만약 일반적인 비율을 따른다면 VIRGOHI21은 매우 밝은 은하로 보여야 하지만, 실제로는 그렇지 않다는 점이 VIRGOHI21이 암흑 은하임을 강력하게 시사한다.^[13] 이러한 해석에 따르면, 암흑 물질 헤일로의 강력한 중력은 인근 나선 은하인 NGC 4254의 형태가 교란된 모습과 두 천체 사이에 길게 뻗어 있는 중성 수소 다리의 존재를 설명할 수 있다.

이러한 관점에서 VIRGOHI21은 암흑 물질 이론의 시뮬레이션에서 예측된 암흑 은하의 첫 발견 사례일 가능성이 제기된다.^[3] 과거에도 다른 암흑 은하 후보들이 관측되었지만, 후속 연구를 통해 실제로는 매우 희미한 일반 은하이거나 은하 간 상호작용으로 생긴 조석 꼬리인 것으로 밝혀졌다.^[4] 따라서 현재 VIRGOHI21은 암흑 은하의 가장 유력한 후보로 여겨진다.

다만, 이러한 빠른 회전 속도는 수정 뉴턴 역학(MOND) 이론과는 잘 맞지 않는 것으로 보인다.^[17] 회전 운동처럼 보이는 것이 실제로는 전면에 위치한 수소 구름 때문에 발생하는 착시 현상이라는 주장도 있지만, 설득력은 다소 부족하다는 평가를 받는다.^[11]

3. 1. 암흑 은하 해석에 대한 반론

4. 조석 꼬리 해석

VIRGOHI21이 암흑 은하가 아니라, 인접한 은하인 M99(NGC 4254)가 또 다른 은하 M98(NGC 4192)과 중력 상호작용을 일으키면서 뻗어 나온 중성 수소(HI) 가스의 '조석 꼬리'라는 해석이 제기되었다.^[16]

베스터보르크 합성 전파 망원경(WSRT)과 아레시보 천문대에서 얻은 더 넓은 영역의 민감한 관측 데이터는 VIRGOHI21이 실제로는 M99에서 기원하는 훨씬 더 광범위한 가스 꼬리의 일부임을 보여주었다.^[5][6] 실제로 VIRGOHI21과 M99의 나선팔은 VIRGOHI21 방향으로 흐르는 중성 수소 가스 흐름으로 연결되어 있는 것처럼 보인다.

4. 1. 조석 꼬리 해석에 대한 반론

5. 물리적 성질

암흑 은하라는 이름처럼 VIRGOHI21에는 항성이 거의 없어 광학 망원경으로는 관측되지 않는다.^[11] 허블 우주 망원경의 심층 관측에서도 해당 지역에서 매우 적은 수의 별(수백 개)만이 감지되었다. VIRGOHI21은 중성 수소가 방출하는 21cm 방출 신호를 통해 전파 망원경으로만 관측할 수 있다.^[2]

관측된 수소의 질량은 약 1억 태양 질량이며, 지구로부터의 거리는 약 5천만 광년이다.^[2] 도플러 이동 분석 결과, VIRGOHI21은 지구에서 초당 2000km의 속도로 빠르게 멀어지고 있으며,^[15] 내부 가스 구름들이 서로 상대적으로 빠른 속도로 움직이는 높은 속도 프로파일 폭을 가지고 있음이 확인되었다.^[2]

겉보기 등급은 B등급에서 21.5등급 이하로 매우 어둡지만,^[12] 그 크기는 직경 최소 5만 2000광년 이상으로 추정된다.^[12]

6. 회전 운동

VIRGOHI21은 서로 다른 위치에서 서로 다른 방향으로 운동하는 것처럼 보이는데, 이는 나선 은하 등에서 관찰되는 회전 운동과 유사하다. 그러나 VIRGOHI21의 회전 속도는 매우 빨라서, 관측된 수소의 질량만으로는 은하의 형태를 유지하기 어렵다^[13]。실제로 계산된 회전 속도는 수소 질량만으로 유지 가능한 속도의 1000배를 넘는다^[19]。이는 일반적인 은하에서도 나타나는 은하 회전 곡선 문제와 같은 현상이다.

이 문제를 해결하기 위해 일반적으로 빛을 내지 않는 암흑 물질의 존재를 가정한다. VIRGOHI21의 경우, 암흑 물질의 양은 태양 질량의 약 500억 배에 달할 것으로 추정된다^[16]。이는 VIRGOHI21 내 수소 총량의 500배에 해당하며^[13], 일반적인 은하의 암흑 물질 비율(약 50배)과 비교하면 매우 높은 수치이다^[11]。VIRGOHI21에서 관측된 별의 수가 매우 적다는 점을 고려하면, 질량 대 광도비는 약 500으로 계산되는데, 이는 일반적인 은하(약 50)보다 훨씬 크다. 이러한 높은 암흑 물질 비율과 질량 대 광도비는 VIRGOHI21이 암흑 은하일 가능성을 강력하게 시사한다^[13]。

또한, VIRGOHI21을 둘러싼 거대한 암흑 물질 헤일로의 중력은 인근 나선 은하인 NGC 4254가 교란된 형태를 보이는 것과 두 천체 사이에 중성 수소 다리가 형성된 현상을 설명할 수 있다. 이러한 해석에 따르면 VIRGOHI21은 암흑 물질 이론 시뮬레이션에서 예측된 암흑 은하의 첫 발견 사례가 될 수 있다.^[3] 이전에도 다른 암흑 은하 후보들이 관측되었지만, 후속 연구 결과 희미한 일반 은하이거나 조석 꼬리인 것으로 밝혀졌다.^[4] 현재 VIRGOHI21은 가장 유력한 암흑 은하 후보로 여겨진다.

한편, VIRGOHI21의 운동은 수정 뉴턴 역학(MOND) 이론과는 잘 맞지 않는 것으로 보인다^[17]。회전 운동처럼 보이는 것이 실제로는 전면에 위치한 수소 구름 때문에 발생하는 착시 현상이라는 대안적인 설명도 제시되었으나, 설득력이 부족하다는 평가를 받는다^[11]。

7. 초기 은하와의 관련성

우주 탄생 직후, 별이 아직 형성되지 않았던 시기에는 수소 가스가 모여 은하의 형태를 이루었더라도 빛을 내지 않는 암흑 은하였을 것으로 생각된다. 이러한 암흑 은하의 발견은 은하의 초기 형태와 진화 과정을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다.^[13]

VIRGOHI21은 관측된 수소의 양만으로는 설명하기 어려울 정도로 빠른 회전 속도를 보이는데, 이는 수십억 태양 질량에 달하는 암흑 물질 헤일로가 존재함을 시사한다. 또한, 관측된 별의 수가 매우 적어 질량 대 광도비가 일반적인 은하(약 50)보다 훨씬 큰 약 500에 달한다. 이러한 해석에 따르면, 암흑 물질 헤일로의 큰 중력이 인근의 나선 은하 NGC 4254의 교란된 모습과 두 천체 사이에 뻗어 있는 중성 수소 다리를 설명할 수 있다.

이러한 특징들로 인해 VIRGOHI21은 암흑 물질 이론의 시뮬레이션에서 예측된 암흑 은하의 첫 번째 발견 사례일 가능성이 제기되었다.^[3] 과거에도 다른 암흑 은하 후보들이 관측되었지만, 후속 연구 결과 이들이 매우 희미한 일반 은하이거나 조석 꼬리인 것으로 밝혀졌다.^[4] 현재 VIRGOHI21은 가장 유력한 암흑 은하 후보로 여겨진다.

8. 명칭

VIRGOHI21의 '''VIRGO'''는 처녀자리의 영어 명칭이다. '''HI'''는 중성 수소, '''21'''은 수소선의 길이 21cm를 나타낸다. 즉 이름은 "처녀자리의 수소 21cm선 천체"라는 의미가 된다.

참조

_[1] 웹사이트 NASA/IPAC Extragalactic Database http://nedwww.ipac.c[...] 2006-11-19
_[2] 웹사이트 New evidence for a Dark Matter Galaxy http://www.pparc.ac.[...] Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC) 2008-02-26
_[3] 논문 A Dark Hydrogen Cloud in the Virgo Cluster 2005
_[4] 논문 Dark Galaxies or Tidal Debris? Kinematical Clues to the Origin of Massive Isolated HI Clouds 2005
_[5] 논문 A Dark Galaxy in the Virgo Cluster Imaged at 21-cm 2007
_[6] 논문 NGC 4254: An Act of Harassment Uncovered by the Arecibo Legacy Fast ALFA Survey 2007
_[7] 논문 Tidal debris from high-velocity collisions as fake dark galaxies: A numerical model of VirgoHI21 2008
_[8] 논문 Diffuse Light in the Virgo Cluster 2005
_[9] 논문 A large H I cloud near the centre of the Virgo cluster 2005
_[10] 뉴스 Dark galaxy' continues to puzzle astronomers https://www.newscien[...] New Scientist 2008-02-26
_[11] 뉴스 Astronomers claim first 'dark galaxy' find ''NewScientist Space'' http://www.newscient[...]
_[12] 간행물 A Dark Hydrogen Cloud in the Virgo Cluster ''arXiv'' https://arxiv.org/ab[...]
_[13] 웹사이트 First Invisible Galaxy Discovered in Cosmology Breakthrough ''SPACE.COM'' http://www.space.com[...]
_[14] 웹사이트 New evidence for a Dark Matter Galaxy ''PPARC'' http://www.pparc.ac.[...]
_[15] 웹사이트 "[KGH2007] 6 ''SIMBAD''" https://simbad.u-str[...]
_[16] 뉴스 "'Dark galaxy' continues to puzzle astronomers ''NewScientist Space''" http://www.newscient[...]
_[17] 간행물 Testing MOND with VirgoHI21 ''arXiv'' https://arxiv.org/ab[...]
_[18] 웹사이트 NED results for object VirgoHI 21 ''NED'' https://ned.ipac.cal[...]
_[19] 뉴스 Astronomers find star-less galaxy ''BBC'' http://news.bbc.co.u[...]