우주 궤이사, 활동은하 은하단과 초은하단 거대 구조

퀘이사와 활동 은하 1 퀘이사 3C 273 – 큰 적색이동 (0.15 광속)발견 준항성전파원(quasi-stellar Radio source) QSO(quasi-stellar Object)  퀘이사 (90% 비 전파원) [Z=5 (1215A->7000A : V = 0.94C)] Z = D l/l = [(1+v/c)/(1-v/c)]1/2 -1 허블 법칙의 거리  엄천난 광도 (1015 Lo – 1011 Lo) 연속 + 방출선 + 흡수선 (방출선 보다 적은 Z) 시간 단위의 광도 변화  작은 영역의 방출

크기 : 수 pc 이하  timescale of variable, few years or less

2 활동은하 -1 세이퍼트(Seyfert)은하 : 두 종류 중심 핵이 발달된 나선은하 강하고 넓은 방출선 (수천 km 의 선폭) + 강하고 좁은 방출선 NGC 1068 :10 광년 중심핵 전파원, X선원, 강한 적외선 수개월의 밝기 변화  작은 영역 엄청난 에너지 방출

Obscuring torus 안쪽의 세이퍼트 은하의 핵

2 활동은하-2 전파 은하 강한 중심 에너지원 –전파원전파은하 M87:중심전파 관측=> 강한 전파와 6000광년 뻣은 젯트 (2/3 광속) 전파은하의 ¾ : 이중 전파원 –은하자체보다 수십만 광년 떨어진 전파 열편  은하 중심핵에서 이온가스가 젯트를 따라 열편에 공급 활동은하의 중심핵, 퀘이사 같은 종류

타원 전파은하, 3C 219

Fig. 24.13 전파은하 Cygnus A (3C 405)의 전파 지도

활동은하 - Centaurus A

3 퀘이사, 활동은하의 에너지원 퀘이사, 활동은하의 중심핵  거대한 블랙홀 관측적 증거 : M87 중심 밀도 : 300배의 정상 거대 타원은하, 태양근처의 1000배 => 2.5*109Mo 중심에 소용돌이 치는 뜨거운(10000도) 가스 블랙홀의 물질 유입 NGC3115, NGC4261 : 거대 블랙홀 중심 핵

3 퀘이사, 활동은하의 에너지원 에너지 – 블랙홀 근처 물질 나선형으로 접근 가속, 압축 수백만도로 가열 블랙홀로 낙하 수백만도로 가열 블랙홀로 낙하  막대한 에너지 발생 (10%-30%낙하물질) 거대 블랙홀 :109Mo 수십 AU크기 사건 지평선 수개월 변광 주변 뜨거운가스  강한 방출선 강착원반과 젯트

활동은하핵을 보는 방향에 따라 다르게 보이는 활동은하

우주 공간 사이 물질의 존재 : 퀘이사의 흡수선 + 중력렌즈효과 퀘이사의 흡수선 – 퀘이사와 관측자 사이 물질에 의한 것  방출선 보다 작은 적색편이  사이 물질은 먼 곳(오래 전)에 더 풍부

4 중력 렌즈 효과-1 퀘이사 0957+561 = 두 퀘이사, 같은 Z  중력 렌즈 효과 (아인슈타인의 예측)  2중, 다중, 원호, 고리의 상들 중력 렌즈원 : 은하들, 암흑물질 중력 렌즈 효과 암흑 물질의 량 추정  가시광선으로 보이는 물질 보다 수십배 이상의 많은 물질 포함

gravitational lenses

Fig. 24.30 아인슈타인 링 (전파 관측)

Einstein Cross Gravitaional Lens

중력 렌즈

국부 은하군 우리 은하를 포함하여 약 35개의 은하가 있다. 각 은하들의 운동으로부터 은하군 전체의 질량을 구한다. 크기는 300만 광년 질량은 5  1012 M 각 은하들의 운동으로부터 은하군 전체의 질량을 구한다. 질량의 상당부분이 암흑 물질의 형태로 존재한다.

드빙글로오1(1994발견) 천만 광년 거리의 작은 은하군 은하단 (Rich Cluster or Poor Cluster) . 은하단 이웃 은하군과 은하단 드빙글로오1(1994발견) 천만 광년 거리의 작은 은하군 은하단 (Rich Cluster or Poor Cluster) 중심지역에 거대 타원은하가 있다. 처녀자리 은하단: 5 천만 광년거리(20Mpc), 수 천 개의 은하 (거대 타원은하 M87이 중심에 위치) : 비교적 풍부한 은하단 1000 km/s로 국부은하단에서 멀어짐 -- 머리털자리 은하단: 2억 오천-3억 광년(90Mpc) 거리, 수 만개의 은하 : rich 질량 1015 M

머리털 자리 은하단 중심에 주로 타원은하 : 풍부한 은하단

은하의 나이와 구성 은하는 모두 매우 나이가 많다. 먼곳의 타원 은하 (우주나이의 반)와 가까운 은하의 유사성  타원은하에서의 별생성은 우주 시작 후 10억년 이내 시작하여 수십억년 계속 현재 우주의 1/10 나이에 은하  무거운 원소 발견  일부 별들은 우주가 10억년 되기 전에 형성되어 생애를 마침

은하들의 환경과 구성 타원은하 – 은하가 풍부한 은하단에서 충돌 병합으로 가스를 은하 주위 공간으로 방출  X 선 관측 (은하단 내의 은하들 사이의 가스– 107 – 108도) 초기 물질  은하 밀도가 높은 은하단 중심 물질이 clumpy 하게 분포된 원시은하  타원은하 나선은하 –은하단의 밀도가 낮은 지역이나 결핍된 은하단에 풍부 충돌이 적음  가스 유출이 적음  계속적인 은하내의 별생성 물질이 스므스하게 분포된 원시은하  나선은하 ****별들 사이 : 지름의 2.7*106 거리 ****은하들 사이 : 크기의 24배 거리 –합병, 은하의 잡아먹기 –50억년전 청색은하가 더 흔함

초은하단과 빈터 은하단이 모여서 초은하단을 만든다. 초은하단 사이에는 빈터가 있다. 약 95%의 공간을 차지한다. 국부초은하단 : 중심 = 처녀자리 은하단 크기 1억광년

1억광년 지름의 국부 초은하단에 분포하는 은하들

거대한 필라멘트 모양 (또는 비누방울 구조)의 초은하단에 속해 있다. 대 성곽(2억 5천만 광년 거리) : . 우주의 조각 은하들은 우주에 균일하게 배열되어 있지 않고, 거대한 필라멘트 모양 (또는 비누방울 구조)의 초은하단에 속해 있다. 대 성곽(2억 5천만 광년 거리) : 길이 5억광년,높이 2억광년,두께 15백만 광년 그래도 우주는 우주 전체의 크기로 보면, 균일하고 등방이다. 90%의 은하는 우주의 10%공간에 분포한다. 왜 이러한 구조를 갖는가? 우주 초기 수십 만년 때는 아주 균일한 분포였다. 내부의 물질이 어떤 힘에 의해서 비누방울 표면으로 밀려갔다.

공간의 균일팽창 역사 1912-1923: V. Slipher가 관측한 41개 은하 중 36개가 적색이동. (파장관측-파장방출)/파장방출 ≡ z > 0 H. Robertson(’28), Hubble(’29). 은하후퇴속도 ∝ 거리 우주공간이 고무 막처럼 늘어남. 외부은하 적색이동 스펙트럼 사진

우주의 과거 - 표준우주진화모형 시간 140억년 10억년 50만년 2만년 3분 1초 10-11초 10-34초 10-43초 현재 은하와 별 생성 물질우세시기. 중력수축시작 수소원자생성 및 빛의 분리 핵합성 중성미자분리 전자기력과 약한힘 분리 급팽창 강한힘의 분리 시공간의 혼돈. 중력의 분리

4 우주의 태초 대폭발 표준 모형 팽창하며 냉각 초기 복사에서 물질 생성(입자 가속기 실험 : 충분한 에너지로 새로운 입자 물질 생성) 우주가 뜨거울 때 질량이 큰 양성자가 생성 10-43 초 이전 : ??? 0.01초 (1011 도): 물질(양성자 중성자)과 복사의 혼재, 복사에서 전자 양전자 (외 특이 입자들) 생성 1 초: 중성미자가 빠져나감 3 분(109도): 양성자 중성자가 원자 핵 형성 현재우주의 중수소 (당시의 밀도 암시 10-31 g/cm3  팽창우주 암시) 수 십만년(3천도) : 원자핵 개수 밀도 =1000 cm-3  물질과 복사 분리 초기 우주빛 10억년 : 별과 은하 형성

우주 배경 복사 우주 배경 복사 : 3000천도 흑체 복사의 흔적 펜지아스 와 윌슨 : 배경 잡음 –전하늘  우주의 배경복사 (CBR)=3 도K COBE(Cosmic Background Radiation Explore)  우주는 뜨겁고 균일한 상태에서 진화  미세 온도 변화 1/105[ 그러나 크기가 너무 크다]  WMAP

암흑 물질 물질 임계밀도에 대한 % 정상 물질(항성, 은하. 은하단,.. ) 4% 이하 물질 임계밀도에 대한 % 정상 물질(항성, 은하. 은하단,.. ) 4% 이하 암흑물질(non-brayonic) 30% 이하 암흑 물질 : 1. 중성미자(뜨거운 암흑 물질) : 0 이아닌 질량 (초신성 폭발에서 발생된 3 가지 중성미자의 도착시간이 다를 경우 ;최소 일부는 질량을 갖음? 2. 미지 입자 WIPS(차거운 암흑물질) (Weakly Interacting Massive Particles)-원자핵과 충돌로 원자핵을 움직임 The true nature of dark matter remains one of the mysteries of astronomy

은하 형성 우주초기 (10억년) 밀도 요동 : COBE, WMAP 관측  은하들 형성에 작은 요동  빛과 작용 안는 물질=암흑 물질의 밀도 요동이 중력 함정으로 크게 성장  뜨거운 암흑 물질 :암흑 물질이 광속에 가까운 속도로 움직일 경우(뉴트리노)  소규모 밀도 요동은 급히 소멸  차가운 암흑 물질 : 물질이 서서히 움직일 경우  소규모 구조가 먼저 생김

우주의 가속 팽창 가속 팽창 : The universe really does seem to be expanding faster and faster Albert Einstein his theory of general relativity in 1916 recognized that his equations describing space-time implied that the galaxies could not float unmoving in space—because their gravity would pull them toward each other the cosmological constant lambda (Λ). The constant represents a force of repulsion that balances the gravitation in the universe so it does not have to contract or expand.

암흑에너지 +암흑 물질 우주 1) 태양 근처 원반 : 50% 이하 2) 은하 주위 –90% 암흑 코로나(은하 회전 속도) 2) 은하 주위 –90% 암흑 코로나(은하 회전 속도) 3) 은하단 내 : 은하단 질량 중심에 대한 공전 (90%) 4) 초은하단내 :--거대 이력체 (3*1016 M) 질량/광도 :태양 근처=2, 은하수 전체 =10, 작은 은하군 = 50-150, 풍부한 은하단 =250-300 5) 먼 은하들의 가속팽창(초신성 관측) : 암흑 에너지 우주 질량의 73% 암흑 에너지 (새로운 물리?-이인슈타인의 우주상수?) 23%  암흑 물질 4%  보이는 물질 암흑 물질(바리온 )의 탐사 –중력 렌즈 효과 1. 먼은하의 영상 2. 우리 은하의 헤일로 (MACHO-massive Compact Halo Object) --단지 20% 뉴트리노(작은 질량)  단지 수십% 새로운 물질? (입자 물리학자) ; Weakly Interactive Massive Particles (WIMP)

우주, 우리 몸