쌍둥이 우주론, 물질, 유령 물질, 천체물리학. 5: 수치적 2차원 시뮬레이션 결과. VLS. 은하 형성에 대한 가능한 모델에 관하여.
논평:
...본 논문은 1996년 10월에 A & A에 제출된 자료의 일부였다. 이 부분은 저널의 익명 심사자에 의해 매우 철저히 분석되었으며, 심사 과정 동안 10개월에 걸쳐 상당한 수의 질문이 제기되었다. 이 과정은 매우 예의 바르고 정중했으나, 저널의 편집장에 의해 갑작스럽게 중단되어 안타까운 일이었다. 이와 같은 모델에 대해 관측적 확인 가능성에 대한 질문은 즉각 제기된다. 이를 위해 우주 배경에 영향을 주는 우주론적 시험을 고안해야 하며, 이 효과는 주로 은하들이 분포하는 거대한 빈 공간의 중심에 위치할 것으로 추정되는 유령 물질의 덩어리들에 의해 발생해야 한다. 이러한 덩어리들의 평균 지름은 선택된 "초기 조건"에 따라 크게 달라진다. 유령 물질의 온도 T*를 높이면, 덩어리의 지름도 증가한다. 아래는 더 높은 온도에서 얻어진 결과들이다.
그림 1: 유령 물질의 덩어리.
그림 2: 여기서는 물질과 겹쳐져 있다.
그림 3: 물질의 세포 구조.
논문에서 도출된 결과를 주목하자:
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즉, 주어진 거리 r에서의 은폐 확률은 덩어리의 평균 지름 f에 따라 매우 빠르게 감소한다. 거리 d는 고정된 매개변수로, VLS의 평균 구조 크기이다. 이 경우 물질은 더 규칙적인 구조를 형성하게 된다. 그러나 이러한 덩어리의 규모가 크다면, 10억 광년 이내에 위치한 상대적으로 가까운 은하들까지도 완전히 가려버릴 수 있다. 이러한 효과는 빛에 대해 음의 렌즈 효과를 일으키며, 이는 흩어지는 렌즈를 통해 장면을 관측하는 것과 동일하다. 이로 인해 배경의 물체들은 겉보기 지름이 작아지고 집중된다. 그림 4, 5, 6을 참조하라.
중력 렌즈의 양과 음의 효과.
그림 5: 광학적 유사성.
그림 6: 배경에 미치는 영향.
강한 적색편이를 가진 천체들에 대해, 이는 소형 은하의 과잉 존재처럼 보이게 만든다. 그러나 페블스의 관측 결과에 따르면, 실제로 이러한 현상이 관측되고 있다. 전통적으로 천체물리학자들은 우주가 더 어릴 때, 명확히 설명되지 않은 이유로 소형 은하들이 먼저 형성되었다고 생각해왔다. 이후 더 무거운 물체들이 "은하의 캔니발리즘"을 통해 나타났다고 보았다. 본 모델은 이러한 고적색편이 관측의 한 측면에 대한 대체적 해석을 제공한다.
만약 이러한 유령 물질 덩어리가 존재한다면, 그 구조는 어떨까? 우리는 추측할 수밖에 없다. 어쨌든 우리 생각에는 VLS, 덩어리, 은하가 모두 동시에 형성된다고 본다. 우리가 문제를 "확장 이후 계산된 초기 조건"에서 출발하여 다룬 것은 본질적으로 비합리적인 접근이다. 모든 현상을 동시에 다루는 것이 이상적이지만, 우리는 이를 다루는 방법을 모른다. (사실 1994년 이후, 프레드릭 랜드셰이가 대규모 시스템을 더 이상 확보하지 못한 이후, 우리는 계산 자원을 상실했다.)
만약 가능하다면, 우리는 이러한 덩어리의 형성과 진화에 대해 더 일관된 모델을 구축할 수 있었을 것이다. 본 논문에서 우리는 은하 형성 모델을 제안한다. 바로 물질이 얇은 판으로 압축됨으로써 매우 효율적으로 에너지를 복사 방출할 수 있었기 때문에, 급격히 불안정해져 원시 은하로 응축되었을 가능성이 있다. 주변의 유령 물질은 은하 사이의 공간으로 밀려나며, 이로 인해 젊은 은하들에 대해 즉각적인 반압을 가한다(부족 질량 효과). 그러나 그 상대적으로 높은 온도로 인해, 이곳에서는 균일성이 충분히 유지되어 음의 렌즈 효과를 유발하지 않게 된다. 기억하자, 물질이 균일한 매질을 통과할 때는 중력 렌즈 효과가 없으며, 이는 밀도가 얼마나 높든 상관없다.
유령 물질의 빈 공간에 위치한 은하들 간의 상호작용을 2차원으로라도 시뮬레이션하는 것은 매우 흥미로울 것이다(이들은 당연히 운동에 따라 함께 움직인다). 논리적으로, 이러한 은하들이 충분히 가까이 접근하고, 빈 공간이 서로 접촉하게 되면, 이는 은하의 융합(merging)을 촉진할 것이다. 그림 7에 제안된 그림을 참조하라.
두 은하의 융합 모델 제안.
물질이 얇은 판으로 압축된 후, 효율적인 냉각을 통해 은하가 형성되었다면, 더 밀도가 높고 아마도 구형에 가까운 덩어리들에 대해서는 그와 같은 일이 일어나지 않았을 것이다. 본질적으로, 이는 다른 논문에서 검토될 것이지만, 물질과 유령 물질 사이에는 본질적인 차이가 없다. 둘 다 핵, 양성자, 중성자, 전자, 원자로 구성되며, 이에 해당하는 모든 반입자들도 포함된다(논문 [15]에서 유령 우주에서 물질-반물질 이중성의 역할이 있음을 보여준다). 그러나 이러한 매질을 설명하기 위해서는 유령 물질 내에서 일어나는 초기 핵합성에 대한 어느 정도의 통찰이 필요하다. 즉, 그 방사기 상태를 상대적으로 정밀하게 설명할 수 있어야 한다. 이 경우, 유령 우주 내의 가스는 초기 핵합성으로부터 생성된 수소와 헬륨으로 구성될 수 있으며, 그 양은 엄청나게 크다.
이러한 덩어리를 거대한 원시 별에 비유할 수 있다. 동일한 온도에서 열 에너지는 물체의 반지름의 세제곱에 비례하고, 복사 표면적은 반지름의 제곱에 비례한다. 그렇다면 이러한 덩어리의 냉각 시간은 어떻게 될까? 아마도 우주의 나이보다 훨씬 클 수 있다. 따라서 유령 우주의 초기 가스는 복사에 의해 충분한 열을 방출하지 못해, 핵융합이 발생할 수 있는 최소 70만 도의 온도까지 수축하지 못했을 것이다.
따라서 우리는 유령 우주에는 헬륨보다 무거운 원소가 존재하지 않을 것이라고 추측할 수 있다. 왜냐하면 별이 존재하지 않아 그 원소를 생성할 수 없었기 때문이다. 따라서 이 덩어리는, 이 반물질 세계를 탐험하는 여행자에게는 붉은 빛과 적외선을 방출하는 거대한 가스 덩어리로만 보일 것이다.
그러나 다른 연구에서 우리는, 질량 한계에 도달한 중성자별이, 초고속 브릿지(허프터오르틱 브릿지)를 형성함으로써 유령 우주로 물질을 방출할 수 있을 것이라 제안할 것이다. 이는 부드럽게 이루어질 수도 있고, 더 격렬한 전이를 통해 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 두 개의 중성자별이 공통 질량 중심을 중심으로 궤도를 도는 이중 시스템이 융합될 때 발생할 수 있다. 티보-다무르의 연구에 따르면, 중력파의 방출은 이들의 회전 운동을 느리게 한다. 따라서 이러한 융합은 피할 수 없을 것이다.
이러한 전이 과정은 유령 우주에 무거운 원소를 풍부하게 한다. 이 모든 것은 현재까지 순전히 추측에 불과하다는 점을 분명히 밝힌다. 우리는 격렬한 전이 시에 대부분의 질량이 유령 우주로 방출되어, 그 자리에 남아 중성자별이 단지 유령 중성자별로 변할 것이라고 가정한다. 연속적인 물질 방출의 경우, 이 물질은 "과잉" 상태로 유령 우주로 퍼져나가며, 그 원천인 중성자별은 여전히 우리 우주에 머물러 있다. 이 과정은 유령 우주의 네 방향으로 무거운 원소를 분산시킬 것이다.
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