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은하단

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목차

1. 개요

은하단은 중력에 의해 묶여 있는 수백에서 수천 개의 은하, 고온의 X선 방출 가스, 그리고 다량의 암흑 물질로 구성된 거대한 우주의 구조이다. 은하단의 총 질량은 10^14에서 10^15 태양 질량 정도이며, 직경은 2~10 Mpc에 달한다. 은하단은 은하, 은하단 내부 가스(ICM), 암흑 물질로 구성되며, 각 구성 요소의 질량 비율은 각각 약 1%, 9%, 90%이다. 은하단은 우주의 대규모 구조 연구, 일반 상대성 이론 검증, 중력 렌즈 현상을 이용한 우주 관측 등에 활용되며, 처녀자리 은하단, 총알 은하단 등이 대표적인 예시이다.

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은하단

2. 기본 특징

은하단은 일반적으로 다음과 같은 특징을 지닌다.


  • 50개에서 1,000개의 은하와, 뜨거운 X선 방출 가스, 많은 양의 암흑물질을 포함한다.[37]
  • 위 세 가지 요소의 분포는 은하단에서 거의 동일하다.
  • 총 질량은 1E~1E 태양질량 정도이다.
  • 일반적으로 지름은 2~10 Mpc이다.
  • 구성원 은하들의 분산 속도는 약 800~1,000 km/s이다.



3. 조성

은하단은 세 가지 주요 요소로 구성된다.[2]

요소 이름질량 비율설명
은하1%광학 관측에서 보이는 부분이다.
은하단 내 가스9%은하 사이에 있는 고온의 플라스마로 열적 제동복사 과정을 통해 X-선을 방출한다.
암흑물질90%가장 무거운 요소로, 광학적으로는 관측할 수 없고 중력 상호작용을 통해서 추정된다.



일반적으로 은하단은 은하, X-선을 방출하는 고온 가스, 그리고 질량의 대부분을 차지하는 암흑물질로 구성된다. 가시광선으로는 은하만 관측되지만, X-선 관측을 통해 고온의 은하단 가스가 존재함을 알 수 있다. 이 가스는 매우 고온이며 열 제동 복사로 X-선을 방출한다. 그러나 은하와 가스의 질량만으로는 은하들을 묶어두기에 충분하지 않아, 훨씬 더 큰 질량을 가진 암흑물질이 존재한다고 추정된다.[33]

4. 분류



은하단은 형태에 따라 I형, II형 또는 III형으로 분류된다.[5][6]

5. 은하단을 이용한 측정

은하단은 우주를 측정하는 도구로 다양하게 활용된다.

5. 1. 중력 적색편이

은하단은 코펜하겐 대학교 닐스 보어 연구소의 라덱 보이탁이 일반 상대성 이론의 예측, 즉 중력장에서 벗어나는 빛의 에너지 손실을 시험하는 데 사용했다. 은하단의 중심에서 방출된 광자는 중심에서 중력이 더 강하기 때문에 은하단 가장자리에서 오는 광자보다 더 많은 에너지를 잃어야 한다. 은하단 중심에서 방출된 빛은 가장자리에서 오는 빛보다 파장이 더 길다. 이러한 효과는 중력 적색편이로 알려져 있다.[7] 보이탁은 8000개의 은하단에서 수집된 데이터를 사용하여 클러스터 내 은하 분포에 대한 중력 적색편이의 특성을 연구할 수 있었다. 그는 클러스터에서 오는 빛이 일반 상대성 이론이 예측한 대로 클러스터 중심으로부터의 거리에 비례하여 적색편이 된다는 것을 발견했다. 이 결과는 또한 우주의 대부분이 물질과 상호 작용하지 않는 암흑 물질로 구성되어 있다는 람다-CDM 모형을 강력하게 뒷받침한다.[7]

5. 2. 중력 렌즈

은하단은 망원경의 관측 범위를 확대하기 위해 강력한 중력장을 가진 중력 렌즈로도 사용된다. 거대한 은하단 근처에서는 시공간의 중력 왜곡이 발생하여 광자의 경로를 구부려 우주의 돋보기를 만든다. 이는 가시광선부터 X선 대역까지 모든 파장의 광자로 수행할 수 있다. X선을 이용하는 것은 은하단이 많은 X선을 방출하기 때문에 더 어렵다. 그러나 X선 데이터를 가시광선 데이터와 결합하면 X선 방출을 감지할 수 있다. 특히 피닉스 은하단을 사용하여 별 생성의 초기 고에너지 단계에 있는 왜소 은하를 관측하는 경우가 있다.[8]

6. 주요 은하단

많은 은하단을 포함하는 라니아케아 초은하단


주요 은하단
은하단비고
처녀자리 은하단가장 가까운 거대 은하단
노르마 은하단거대 인력체의 중심에 있는 은하단
총알 은하단암흑 물질과 일반 물질의 분리를 처음으로 관측한 은하단의 병합

7. 관련 이론

은하단은 수백에서 수천 개의 은하, 고온 가스, 그리고 암흑 물질로 구성된 거대한 천체 집합체이다. 은하단 내 은하들은 서로의 중력에 의해 묶여 있지만, 관측되는 은하들의 운동 속도는 이 중력만으로는 설명하기에는 너무 빠르다. 이는 빛으로는 관측할 수 없는 암흑 물질의 존재를 시사한다.[33]

X선 관측에 따르면, 은하단에는 매우 뜨거운 은하단 가스가 존재하며, 이 가스는 열 제동 복사를 통해 X선을 방출한다. 이 가스의 질량은 상당하지만, 은하와 가스만으로는 은하단을 묶어두기에 충분하지 않다. 따라서 전체 질량의 대부분은 암흑 물질이 차지하는 것으로 추정된다. 전형적인 은하단에서 은하는 전체 질량의 수 %, 고온 가스는 약 20%를 차지하며, 나머지는 암흑 물질이다.[33]

은하는 우주 초기의 작은 밀도 요동이 중력에 의해 성장하여 형성되었다고 여겨진다. 은하단과 같은 대규모 구조 역시 오랜 시간에 걸쳐 중력이 작용한 결과로 형성된 것으로 생각된다.[33][34]

8. 갤러리



은하단의 냉각을 막는 난류(찬드라 X-선).



참조

[1] 뉴스 Hubble Pinpoints Furthest Protocluster of Galaxies Ever Seen http://www.spacetele[...] ESA/Hubble Press Release 2012-01-13
[2] 간행물 Formation of Galaxy Clusters
[3] 웹사이트 Galaxy cluster IDCS J1426 http://www.spacetele[...] 2016-01-11
[4] 웹사이트 Chandra :: Field Guide to X-ray Sources :: Groups & Clusters of Galaxies http://chandra.harva[...]
[5] 간행물 On the Classification of the Forms of Clusters of Galaxies http://articles.adsa[...] 2012-03-10
[6] 간행물 Preliminary Classification of Clusters of Galaxies http://articles.adsa[...] 2012-03-10
[7] 잡지 Galaxy Clusters Back Up Einstein's Theory of Relativity https://www.wired.co[...] 2022-04-04
[8] 웹사이트 Astronomers use giant galaxy cluster as X-ray magnifying lens https://news.uchicag[...] 2022-04-04
[9] 뉴스 Photos: How pictures from the Webb telescope compare to Hubble's - NASA's $10 billion telescope peers deeper into space than ever, revealing previously undetectable details in the cosmos. https://www.nbcnews.[...] NBC News 2022-07-16
[10] 뉴스 NASA's Webb Delivers Deepest Infrared Image of Universe Yet https://www.nasa.gov[...] NASA 2022-07-12
[11] 뉴스 Biden and NASA Share First Webb Space Telescope Image – From the White House on Monday, humanity got its first glimpse of what the observatory in space has been seeing: a cluster of early galaxies. https://www.nytimes.[...] The New York Times 2022-07-12
[12] 뉴스 How Taking Pictures of 'Nothing' Changed Astronomy - Deep-field images of "empty" regions of the sky from Webb and other space telescopes are revealing more of the universe than we ever thought possible https://www.scientif[...] Scientific American 2022-07-16
[13] 뉴스 Hubble vs. James Webb telescope images: See the difference https://abcnews.go.c[...] ABC News 2022-07-15
[14] 뉴스 Hubble and James Webb Space Telescope Images Compared: See the Difference - The James Webb Space Telescope builds on Hubble's legacy with stunning new views of the cosmos. https://www.cnet.com[...] CNET 2022-07-16
[15] 뉴스 Now, We can Finally Compare Webb to Other Infrared Observatories https://www.universe[...] Universe Today 2022-05-12
[16] 뉴스 NASA's Hubble and Spitzer Team up to Probe Faraway Galaxies http://www.jpl.nasa.[...] NASA 2014-01-08
[17] 웹사이트 RELEASE 14-283 – NASA's Hubble Finds Extremely Distant Galaxy through Cosmic Magnifying Glass http://www.nasa.gov/[...] NASA 2014-10-17
[18] 웹사이트 Distant and ancient https://www.spacetel[...] 2019-05-06
[19] 웹사이트 Strings of homeless stars http://www.spacetele[...] 2018-06-11
[20] 웹사이트 From toddlers to babies https://www.spacetel[...] 2018-05-07
[21] 웹사이트 Approaching the Universe's origins http://www.spacetele[...] 2018-04-16
[22] 웹사이트 HAWK-I and Hubble Explore a Cluster with the Mass of two Quadrillion Suns https://www.eso.org/[...] 2017-12-25
[23] 웹사이트 Streaks and stripes http://www.spacetele[...] 2017-11-27
[24] 웹사이트 Cosmic RELICS http://www.spacetele[...] 2017-11-06
[25] 웹사이트 Cosmic archaeology https://www.spacetel[...] 2017-10-24
[26] 웹사이트 Hubble pushed beyond limits to spot clumps of new stars in distant galaxy https://www.spacetel[...] 2017-07-12
[27] 웹사이트 Hubble Sees A Smiling Lens http://www.nasa.gov/[...] NASA 2015-02-10
[28] 웹사이트 Image of the galaxy cluster SpARCS1049 http://www.spacetele[...] 2015-09-11
[29] 뉴스 Magnifying the distant Universe http://www.spacetele[...] ESA/Hubble Picture of the Week 2014-04-10
[30] 뉴스 Seeing Triple https://esawebb.org/[...] 2023-10-18
[31] 웹사이트 銀河団とはなにか https://official.rik[...] 국립천문대 2023-01-25
[32] 문서 헬크레스좌・かんむり座グレートウォール
[33] 웹사이트 銀河群・銀河団　宇宙情報センター　JAXA https://web.archive.[...]
[34] 웹사이트 宇宙の大規模構造、超銀河団、超空洞、壁　理科年表オフィシャルサイト https://official.rik[...]
[35] 뉴스 여태까지 봤던 것 중 가장 먼 원시은하단을 발견한 허블 http://www.spacetele[...] ESA/Hubble Press Release 2012-01-13
[36] 저널 은하단의 형성
[37] 웹사이트 http://chandra.harva[...]
[38] 뉴스 멀리 있는 은하를 탐사하기 위해 협력하는 NASA의 허블 및 스피처 http://www.jpl.nasa.[...] NASA 2014-01-07
[39] 웹인용 RELEASE 14-283 - 우주의 돋보기를 통해 매우 멀리 있는 은하를 발견한 NASA의 허블 http://www.nasa.gov/[...] NASA 2014-10-16
[40] 뉴스 먼 우주의 확대 http://www.spacetele[...] null


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