[더밸류뉴스=권소윤 기자]

지웅배 세종대학교(총장 엄종화) 자유전공학부 교수 연구팀이 은하 원반의 뒤틀림(워프)과 위성은하의 공간 분포를 분석해, 그동안 관측이 불가능하다고 여겨졌던 암흑물질 헤일로의 중력적 영향을 직접 규명했다. 이번 연구는 은하의 국지적(local) 진화가 우주 거대 구조(global)와 맞물리는 ‘글로컬(glocal) 효과’를 실증적으로 제시했다는 점에서 주목된다.

각 은하를 에워싼 암흑 물질 헤일로의 축 방향이 인접한 우주 거대 구조 필라멘트 방향에 대해 어떻게 정렬되어있는지를 보여주는 그림. 워프가 없는 은하(검은색)은 뚜렷한 경향을 보이지 않는다. 반면 S형 워프(빨간색) 은하는 필라멘트에 나란한 방향으로 정렬되는 것을 선호한다. U형 워프(파란색) 은하는 필라멘트에 수직한 방향으로 정렬되는 것을 선호한다. [자료=세종대]지웅배 세종대 교수 연구팀은 영국 옥스퍼드대학교, 연세대학교 공동 연구진과 함께 은하 주변 암흑물질 헤일로의 중력적 영향을 통계적으로 입증한 연구 결과를 지난 5일자 미국천체물리학회지(Astrophysical Journal)에 발표했다. 이번 연구는 은하의 형상 변화를 통해 암흑물질의 분포와 비대칭성을 추정한 첫 실증적 성과로 평가된다.

우리은하를 포함한 원반 은하 중 약 60%는 외곽이 S자 혹은 U자 형태로 휘는 ‘워프(warp)’ 현상을 보인다. 그러나 기존에는 인접 은하와의 조석(潮汐) 상호작용만으로 이러한 형태적 다양성과 빈도를 설명하기 어렵다는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 비구형·비대칭 암흑물질 헤일로가 은하 원반에 비등방(非等方) 중력을 가해 워프를 유도한다는 가설을 세우고, 워프 은하와 워프가 없는 대조군을 비교 분석했다. 그 결과, 워프 은하 주변 위성은하의 분포가 특정 방향으로 편향되어 있음이 통계적으로 확인됐다. 이는 암흑물질 헤일로의 비대칭 중력이 은하 워프의 주요 원인임을 시사하는 가장 직접적 증거로 해석된다.

연구팀은 이러한 비대칭성이 우주 거대 구조의 필라멘트(filament)와 정렬 관계를 보인다는 점을 확인했다. S형 워프 은하는 암흑물질 헤일로 축이 인접 필라멘트와 거의 나란했으며, U형 워프 은하는 반대로 거의 수직으로 정렬돼 있었다.

이는 수십만 광년 규모의 개별 은하 구조가 수십억 광년 규모의 거대 우주 구조와 연속적으로 연결되어 있음을 의미한다. 즉, 거시적 환경(필라멘트) → 암흑물질 헤일로의 형태·방향 → 국지적 은하 구조(워프·위성 분포)로 이어지는 인과적 연쇄가 작동하고 있음을 보여준다.

연구팀은 이번 연구를 통해 직접 관측이 불가능한 암흑물질의 형태와 방향성을 관측 가능한 위성은하 분포와 원반 기하학으로 추정하는 간접 측정 프레임을 확립했다. 더불어 현대 우주론의 핵심 미스터리인 암흑물질이 은하와 우주 진화에 미치는 영향을 거시·미시를 아우르는 관점에서 해석할 단서를 제공했다는 의의가 있다.

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