우주의 구조

 

우주의 구조

은하들의 집단

은하들은 독립적으로 존재하는 것이 아니라 다양한 규모의 집단을 이루고 있다.

은하 -> 은하군, 은하단 -> 초은하단 -> 우주 거대 구조

 

은하군 : 은하의 무리를  구성하는 가장 작은 단위로 수십 개의 은하들이 서로의 중력에 속박되어 구성된 집단이다. 일반적으로 지름은 수 Mpc 정도이고 질량은 태양의 약 10의 13승 정도이다. 

 - 국부 은하군 : 우리은하가 속해 있는 은하군으로 지름은 약 3Mpc(약 1000만 광년)이다.

 - 국부 은하구은 규모가 큰 3개의 나선 은하(우리은하, 안드로메다은하, 삼각형자리은하)와 불규칙 은하, 타원 은하, 왜소 타원 등 40개 이상의 크고 작은 은하들로 이루어져 있다. 국부 은하군의 무게 중심은 은하군 내에서 질량이 큰 우리은하와 안드로메다은하 사이에 있다. 우리은하와 가까운 곳에 위치한 대마젤란은하와 소마젤란은하는 우리은하로 접근하고 있어 약 20억 년 후에 우리은하와 충돌할 것으로 보이며, 안드로메다 은하의 경우도 우리은하와 충돌할 것으로 예상된다.

 

은하단 : 수백 개~수천 개의 은하로 구성되어 은하군보다 규모가 더 큰 집단이다. 은하단은 우주에서 서로의 중력에 묶여 있는 천체들 중 가장 규모가 크다. 은하단의 지름은 2Mpc~10Mpc 정도이며, 질량은 태양 질량의 10의 14승에서 10의 15승배 정도이다.

 - 우리은하에서 약 16.5Mpc 거리에 있는 가장 가까운 은하단인 처녀자리 은하단은 약 1300개의 은하들로 구성되어 있다.

 - 처녀자리 은하단은 대부분 나선 은하로 구성되는데, 중심으로 갈수록 타원 은하가 증가하며 중심부에는 M60, M84, M86, M87과 같은 거대 타원 은하가 위치한다.

 - 처녀자리 은하단은 매우 강력한 중력을 가지고 있어 그 부근에 있는 국부 은하군은 처녀자리 은하단 방향으로 서서히 움직이고 있다.

 - 우리은하는 국부 은하군 내에서는 중력의 중심 부근에 있기 때문에 안드로메다은하와 함께 국부 은하군의 중심 은하를 이룬다. 하지만 처녀자리 은하단을 포함하는 처녀자리 초은하단에서는 다른 은하의 무리에 비해 질량이 크지 않아 주변부에 위치한다.

 

초은하단 : 은하군과 은하단으로 이루어진 대규모 은하의 집단이다. 관측 가능한 우주에 약 1000만 개 정도가 존재한다.

 - 초은하단은 은하들의 집단으로서는 가장 큰 단위이며, 규모가 수백 Mpc 정도로 매우 크기 때문에 초은하단을 이루는 각 은하단들은 서로 중력적으로 묶여 있지 않고 우주가 팽창함에 따라 흩어지고 있다.

 - 국부 은하군은 처녀자리 초은하단에 속해 있다. 처녀자리 초은하단은 처녀자리 은하단을 포함하여 적어도 100개의 은하군과 은하단으로 구성되어 있으며, 지름은 약 33Mpc으로 추정된다.

 - 2014년 연구 결과에 따르면 처녀자리 초은하단은 라니아케아 초은하단이라는 거대 초은하단의 외곽에 분포한다는 것이 밝혀졌다. 라니아케아 초은하단에는 약 10만 개의 은하가 포함되어 있고, 지름은 약 160Mpc이고, 질량은 태양 질량의 약 10의 17승배로 우리은하 질량의 수십만 배에 해당한다. 연구 결과에 따라 국부 초은하단은 처녀자리 초은하단이 아닌 라니아케아 초은하단으로 불 수도 있다.

 

 

우주 거대 구조

1980년대 초반까지 과학자들은 초은하단이 우주에서 가장 큰 구조라고 생각하였고 은하들이 우주에 고르게 분포할 것이라고 생각했다. 하지만 연구 결과 은하들은 우주에 고르게 분포하는 것이 아니라 일부 지역에 모여 집중적으로 분포한다는 사실을 알게 되었다.

 

은하 장성 : 대부분의 은하들이 그물망과 비슷한 거대 가락 혹은 필라멘트 구조를 딸 존재한다. 초은하단보다 더 거대한 규모로 은하들이 모여 이룬 이러한 구조를 은하 장성이라고 한다. 은하 장성이 우주에서 볼 수 있는 최대 규모의 구조이다. 은하 장성의 크기는 약 10억 광년 이상이다. CfA2은하 장성과 슬론 은하 장성, 헤르쿨레스자리-북쪽왕관자리은하 장성 등이 있다.

 

거대 공동 : 우주에서 은하가 거의 없는 공간이다.

 - 거대 공동의 밀도는 우주 편균 밀도의 1/10보다 낮으며, 지름은 대략 11Mpc~150Mpc에 이른다.

 - 우주 전체 공간에서 은하가 차지하는 부피는 일부분이고, 거대 공동이 대부분을 차지한다.

 

우주 거대 구조는 비누 거품 막처럼 속은 비어 있고 이 공간을 둘러싼 가장자리 부근에만 은하가 존재한다.

 

우주 거대 구조 형성 : 우주는 큰 구조 안에 작은 구조가 순차적으로 포함된 계층적 구조를 이루고 있으며, 우주의 거대 구조는 암흑 물질에 의해 형성된 것으로 생각된다. ▶ 암흑 물질은 질랴이 있으므로 중력적으로 우리가 관측할 수 있는 일반 물질을 끌어당긴다. 즉, 암흑 물질이 분포하고 있는 형태에 따라 은하 장성과 같은 구조가 형성된다.

 - 우주 배경 복사에서 상대적으로 뜨거운 영역은 은하 장성의 분포와 관련이 있고, 상대적으로 차가운 영역은 거대 공동의 분포와 관련이 있는 것으로 나타난다. ▶ 초기 우주의 에너지 밀도에 따른 온도 분포가 현재와 같은 우주 거대 구조를 형성하였다.

 - 현대 우주론에 따르면 대폭발 이후 미세한 밀도 차이가 점점 커져서 은하를 형성하였다. 초기 우주에는 미세한 물질 분포의 차이가 있었고, 물질은 중력의 영향으로 밀도가 높은 곳으로 모여 들어 별과 은하를 만들었다. 이 과정에서 밀도가 평균보다 높은 곳에서는 은하들이 계속 성장하여 은하군, 은하단, 초은하단을 이루었고, 밀도가 낮은 곳은 점점 더 비어 있는 공간으로 남게 되었다. 즉, 우주의 거대 구조를 우주 진화의 초기 단계 흔적으로 보고 있다.

 - 우주 거대 구조의 형태는 시간에 따라 조금씩 변해 왔으며 이런 형태 변화는 우주 팽창의 결과 중 일부이다.