툴리-피셔 관계
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1. 개요
툴리-피셔 관계는 나선 은하의 광도와 회전 속도 사이의 경험적 관계이다. 1977년 R. 브렌트 툴리와 J. 리처드 피셔에 의해 처음 발표되었으며, 은하의 겉보기 밝기를 통해 광도를 계산하고 스펙트럼 선 폭을 측정하여 이 관계를 정의한다. 이 관계는 은하까지의 거리를 추정하고, 우주 거리 사다리를 구축하는 데 사용된다. 툴리-피셔 관계는 다양한 형태로 존재하며, 별 질량, 바리온 질량 등을 사용하여 정의될 수 있으며, 암흑 물질 연구 및 수정 뉴턴 역학(MOND) 연구에도 활용된다.
에른스트 외피크는 1922년에 회전 속도와 거리를 분광학적으로 측정하여 연관시키는 방법을 처음으로 사용하여 안드로메다 은하까지의 거리를 추정했다.[1][2] 1970년대에 Balkowski, C. 외 연구자들은 13개의 은하를 측정했지만, 거리 추정보다는 은하의 형태를 구별하는 데 중점을 두었다.[1][3]
툴리-피셔 관계는 질량, 광도, 회전 속도 등을 어떻게 측정하느냐에 따라 여러 형태로 나타난다. 툴리와 피셔는 가시광선 광도를 사용했지만, 이후 연구에서는 마이크로파에서 K 대역 방사선(별의 질량을 잘 나타내는 지표)을 사용하여 정의할 때, 또는 광도를 은하의 전체 별 질량으로 대체했을 때 관계가 더 밀접해진다는 것을 보여주었다.[6]
2. 역사
1977년 천문학자 R. 브렌트 툴리와 J. 리처드 피셔는 이 관계를 처음 발표했다.[4]
코스믹플로우(CosmicFlow)라고 불리는 일련의 은하 고유 속도 값 공동 목록은 툴리-피셔 분석을 사용하며, 코스믹플로우-4(Cosmicflow-4) 목록은 10,000개 은하에 도달했다.[5] 최초 논문을 시작으로 2024년까지 툴리-피셔 분석을 통해 여러 허블 상수 값이 도출되었다.[1]
2. 1. 초기 연구 (1922년 ~ 1977년 이전)
회전 속도와 거리를 분광학적으로 측정하여 연관시키는 것은 1922년 에른스트 외피크에 의해 처음 사용되었으며, 이는 안드로메다 은하까지의 거리를 추정하기 위해서였다.[1][2] 1970년대에 Balkowski, C. 외 연구자들은 13개의 은하를 측정했지만, 거리 추정보다는 은하의 형태를 구별하는 데 중점을 두었다.[1][3]
2. 2. 툴리와 피셔의 발표 (1977년)
이 관계는 1977년 천문학자 R. 브렌트 툴리와 J. 리처드 피셔에 의해 처음 발표되었다.[4] 은하의 겉보기 밝기에 를 곱하여 광도를 계산하며, 여기서 는 지구로부터의 거리이고, 스펙트럼 선 폭은 장슬릿 분광법을 사용하여 측정된다.
2. 3. 허블 상수 측정 및 CosmicFlows 목록 (1977년 ~ 현재)
에른스트 외피크는 1922년에 회전 속도와 거리를 분광학적으로 측정하여 연관시키는 방법을 처음으로 사용하여 안드로메다 은하까지의 거리를 추정했다.[1][2] 1970년대에 Balkowski, C. 외 연구자들은 13개의 은하를 측정했지만, 거리 추정보다는 은하의 형태를 구별하는 데 중점을 두었다.[1][3]
1977년 천문학자 R. 브렌트 툴리와 J. 리처드 피셔는 이 관계를 처음 발표했다.[4] 은하의 겉보기 밝기에 를 곱하여 광도를 계산하며, 여기서 는 지구로부터의 거리이고, 스펙트럼 선 폭은 장슬릿 분광법을 사용하여 측정한다.
코스믹플로우(CosmicFlow)라고 불리는 일련의 은하 고유 속도 값 공동 목록은 툴리-피셔 분석을 사용하며, 코스믹플로우-4(Cosmicflow-4) 목록은 10,000개 은하에 도달했다.[5] 최초 논문을 시작으로 2024년까지 툴리-피셔 분석을 통해 여러 허블 상수 값이 도출되었다.[1]
3. 다양한 형태 (Subtypes)
별 질량 측면의 관계는 "별 질량 툴리-피셔 관계"(STFR)라고 불리며, 분산이 은하의 운동학적 형태와만 상관 관계를 보여, 분산 지지 시스템이 관계 아래로 흩어진다. 총 바리온 질량(별과 가스 질량의 합)을 고려할 때 가장 밀접한 상관 관계가 회복되는데, [7] 이 관계를 '''바리온 툴리-피셔 관계''' ('''BTFR''')라고 한다. BTFR은 바리온 질량이 대략 3.5~4의 거듭제곱에 비례하는 속도와 비례한다고 명시한다.[8]
TFR은 은하의 광도를 직접 측정 가능한 선폭에서 파생하여 나선 은하까지의 거리를 추정하는 데 사용할 수 있다. 그런 다음 광도를 겉보기 밝기와 비교하여 거리를 찾을 수 있다. 따라서 TFR은 우주 거리 사다리의 단계를 구성한다.
암흑 물질 패러다임에서 은하의 회전 속도(따라서 선폭)는 주로 은하가 있는 암흑 물질 헤일로의 질량에 의해 결정되며, TFR은 가시적인 질량과 암흑 물질 질량 사이의 연결을 나타낸다. 수정 뉴턴 역학 (MOND)에서 BTFR(지수 정확히 4)은 낮은 가속도에서 유효한 중력 법칙의 직접적인 결과이다.[9]
타원 은하와 같이 회전 지지되지 않는 은하에 대한 TFR의 유추는 파버-잭슨 관계와 기본 평면으로 알려져 있다.
3. 1. 광학적 툴리-피셔 관계
툴리-피셔 관계는 질량, 광도, 회전 속도 등을 어떻게 측정하느냐에 따라 여러 형태로 나타난다. 툴리와 피셔는 가시광선 광도를 사용했지만, 이후 연구에서는 마이크로파에서 적외선(K 대역) 방사선(별의 질량을 잘 나타내는 지표)을 사용하여 정의할 때 관계가 더 밀접해졌으며, 광도를 은하의 전체 별 질량으로 대체했을 때 더욱 밀접해진다는 것을 보여주었다.[6]
3. 2. 별 질량 툴리-피셔 관계 (STFR)
툴리-피셔 관계는 질량, 광도, 회전 속도 등을 어떻게 측정하느냐에 따라 여러 형태로 나타난다. 툴리와 피셔는 가시광선 광도를 사용했지만, 이후 연구에서는 마이크로파부터 적외선(K 대역) 방사선(별의 질량을 잘 나타내는 지표)을 이용했을 때 관계가 더 밀접해진다는 사실을 발견했다. 특히 광도 대신 은하의 전체 별 질량을 사용하면 관계가 더욱 밀접해졌다.[6] 별 질량과의 관계는 "별 질량 툴리-피셔 관계"(STFR)라고 부르며, 은하의 운동학적 형태와 분산 사이에 상관관계가 있다. 분산 지지 시스템은 이 관계 아래쪽에 분포한다.[7]
3. 3. 바리온 툴리-피셔 관계 (BTFR)
암흑 물질 패러다임에서 은하의 회전 속도는 주로 은하가 위치한 암흑 물질 헤일로의 질량에 의해 결정된다. 툴리-피셔 관계(TFR)는 가시적인 질량과 암흑 물질 질량 사이의 연결을 나타낸다. 총 바리온 질량(별과 가스 질량의 합)을 고려할 때 가장 밀접한 상관 관계가 나타나는데, 이 관계를 바리온 툴리-피셔 관계(BTFR)라고 한다.[7] BTFR은 바리온 질량이 대략 3.5~4의 거듭제곱에 비례하는 속도와 비례한다고 명시한다.[8]
수정 뉴턴 역학(MOND)에서 BTFR(지수 정확히 4)은 낮은 가속도에서 유효한 중력 법칙의 직접적인 결과이다.[9]
4. 우주론적 의의 및 활용
툴리-피셔 관계(TFR)는 여러 형태로 존재한다. 툴리와 피셔는 가시광선 광도를 사용했지만, 이후 연구에서는 K 대역 방사선(별의 질량을 잘 나타내는 지표)을 사용하거나, 광도를 은하의 전체 별 질량으로 대체했을 때 관계가 더 밀접해진다는 것을 보여주었다.[6] 별 질량 측면의 관계는 "별 질량 툴리-피셔 관계"(STFR)라고 불린다. 총 바리온 질량(별과 가스 질량의 합)을 고려할 때 가장 밀접한 상관 관계가 나타나는데, 이 관계는 '''바리온 툴리-피셔 관계''' ('''BTFR''')로 알려져 있으며, 바리온 질량이 대략 3.5~4의 거듭제곱에 비례하는 속도와 비례한다고 명시한다.[8]
4. 1. 우주 거리 사다리
툴리-피셔 관계(TFR)는 은하의 광도를 직접 측정 가능한 선폭에서 파생하여 나선 은하까지의 거리를 추정하는 데 사용될 수 있다. 그런 다음 광도를 겉보기 밝기와 비교하여 거리를 찾을 수 있다. 따라서 TFR은 더 직접적인 거리 측정 기술을 사용하여 보정하고 더 큰 거리로 확장하는 방법을 보정하는 우주 거리 사다리의 한 단계를 구성한다.[6]암흑 물질 패러다임에서 은하의 회전 속도(따라서 선폭)는 주로 은하가 존재하는 암흑 물질 헤일로의 질량에 의해 결정되며, TFR은 가시적인 질량과 암흑 물질 질량 사이의 연결을 나타내는 것이다. 수정 뉴턴 역학(MOND)에서 BTFR(지수 정확히 4)은 낮은 가속도에서 유효한 중력 법칙의 직접적인 결과이다.[9]
4. 2. 암흑 물질 연구
암흑 물질 패러다임에서 은하의 회전 속도는 주로 은하가 위치한 암흑 물질 헤일로의 질량에 의해 결정된다. 따라서 툴리-피셔 관계(TFR)는 가시적인 질량과 암흑 물질 질량 사이의 연결고리를 나타낸다.[6] 수정 뉴턴 역학(MOND)에서 바리온 툴리-피셔 관계(BTFR)는 낮은 가속도에서 유효한 중력 법칙의 직접적인 결과이다(지수 4).[9]4. 3. 타원 은하와의 관계
회전으로 지지되지 않는 타원 은하에 대한 툴리-피셔 관계(TFR)의 유사 관계는 파버-잭슨 관계와 기본 평면으로 알려져 있다.[6]참조
[1]
서적
Hubble Constant Tension
2023-10-24
[2]
논문
An estimate of the distance of the Andromeda Nebula.
[3]
논문
Neutral hydrogen study of spiral and irregular dwarf galaxies.
[4]
학술지
A New Method of Determining Distances to Galaxies
[5]
학술지
Cosmicflows-4: The Catalog of ∼10,000 Tully–Fisher Distances
2020-10-23
[6]
학술지
The Tully–Fisher relation from SDSS-MaNGA: physical causes of scatter and variation at different radii
https://academic.oup[...]
[7]
학술지
The Baryonic Tully-Fisher Relation
2000
[8]
간행물
GHASP: an Hα kinematic survey of spiral and irregular galaxies – IX. The NIR, stellar and baryonic Tully–Fisher relations
2011
[9]
학술지
The Baryonic Tully–Fisher Relation of Gas-Rich Galaxies as a Test of ΛCDM and MOND
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