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이 이미지는 2004년에 당선된 학계의 여성 학자인 프랑소ワ즈 콩브의 긴 라디오 인터뷰와 함께 사용되었다. 이 글은 언론의 과장이 아니라, 직접적인 확인을 받은 내용이며, 스스로 말하고 있다. 당신은 프랑소와 콩브가 우주론과 천체물리학에 늦게 입문했으며, 그녀의 반은 새로운 논문들을 읽는 데 쓰고 있음을 알게 될 것이다. 또한 평균적으로 한 달에 두 번 정도 임무를 수행하고 있음을 알게 된다. 계산해 보자. 그녀는 자신의 연구 생활을 시작한 이후 주당 1~2편의 논문을 서명하거나 공동 서명하고 있다.
진정한 과학자들은 스스로 결론을 내릴 것이다.
나는 약 15년 전, 마르세유 관측소에서 에반젤리나 아타나소울라의 학생의 박사 논문 방어식에서 그녀를 처음 알게 되었다. 이 논문은 '은하의 역학'에 관한 것이었는데, 예를 들어 두 개의 질량 점 집합이 서로를 향해 날아가는 초기 조건을 설정하고, 컴퓨터로 방대한 계산을 거쳐 실제 관측 자료와 비교할 수 있는 이미지를 얻는 것이었다.
아타나소울라는 이 원칙을 기반으로 여러 박사 논문을 지도했으며, 일반적으로 외국 학생들을 지도해, 박사 학위를 취득한 후 그들에게 특별히 마련된 천체물리학 교수 자리를 마련해 주었다.
아타나소울라가 '비작업'으로 가득 찬 경력을 마무리하며 은퇴했을 것이라고 상상한다. 그녀의 남편 알버트 보스마 역시 마찬가지일 것이다.
보스마, 15년 전.
알버트 보스마는 약 15년 전, 몽펠리에에서 열린 프랑스-프랑스 천체물리학 회의에서, 내가 은하의 역학에 대해 발표할 예정이었을 때, 단지 이렇게 말함으로써 내 발언을 금지시켰다:
- 피에트가 말하면, 나는 떠날 것이다.
20년간 보스마 부부는 마르세유 관측소에 설치된, 내가 접근할 수 없었던 강력한 컴퓨터 시스템인 GRAPE를 사용해 왔다. 그러나 그 결과는 은하의 회전 곡선을 바탕으로 질량 분포를 추정하는 것 외에는 별다른 성과를 내지 못했다.
그날 나는 아타나소울라와 프랑소와 콩브에게 독일의 DAISY 센터 컴퓨터에서 프레드릭 데스캄이 수행한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 보여주었다. 이 시뮬레이션은 2차원에서 은하와 음의 질량 환경 간의 상호작용을 구현했다. 그 결과, 매우 빠르게 아름다운 막대형 나선형 구조가 나타났고, 수십 번의 회전을 거쳐도 팔이 사라지지 않았다.
프랑소와 콩브는 얼굴이 창백해지며 즉각 말했다:
- 냉각된 기체로도 같은 결과를 얻을 수 있다!
사실, 그 후 얼마 지나지 않아 '천문과 우주' 잡지에 그녀가 수행한 시뮬레이션에서 얻은 놀라운 사진들이 게재되었다. 조심스럽게, 나는 친구를 통해 아마추어 천문학자로 위장한 여성을 통해 그녀에게 질문을 전달했다. 그녀는 그 여성에게 칭찬을 아끼지 않은 후, 이 구조가 얼마나 오래 지속되는지 물었다. 그러나 그 기사에서는 이 부분이 명시되어 있지 않았다.
그 답은 다음과 같았다: 약 1바퀴 정도.
나선형 구조는 기체 디스크 안에 자리 잡는다. 이 디스크는 매우 얇다. 지름이 10만 광년인 데 비해 두께는 300광년에 불과하다. 마이크로 레코드나 CD의 두께와 비슷하다.
초기 조건은 같은 은하의 회전 곡선이다. 중심부에서는 고체 회전처럼, 외곽에서는 비등방성 회전을 보인다. 즉, 중심부에서 멀어질수록 각속도가 감소한다.
이 디스크에 '냉각된 기체'를 넣어보자. 제인 거리(Jeans length)는 온도의 제곱근에 비례한다. 온도가 낮으면 기체는 응집하려는 경향이 있다. 비등방성 회전을 더해보면, 나선형 구조는 매우 쉽게 얻을 수 있다. 그러나 모든 이런 시뮬레이션들이 보여주듯이, 이 기체는 빠르게 가열된다. 구성 분자들은 은하의 탈출 속도를 초과하는 속도를 얻게 되고, 그 결과 팔은 증발해 버린다. 아타나소울라는 그녀의 전 생애 동안 이 문제에 직면했다.
이 구조가 지속되기 위해서는 은하가 지속적으로 냉각된 기체를 수집해야 한다. 그러나 프랑소와 콩브는 이 냉각된 수소의 충분한 양을 발견하지 못해 그녀의 모델이 신뢰할 만하게 되지 못했다.
은하 사이에 냉각된 기체가 존재한다는 가정은 거의 받아들일 수 없다. 오히려 은하 사이에는 매우 뜨거운 기체(수천만 도까지 가열된 수소)가 존재한다는 것이 밝혀졌다. 이 요소들 간의 충돌은 X선 방출을 동반한다.
이는 완전히 자연스럽다. 이 기체 질량이 시간이 지남에 따라 은하에 포획되지 않기 위해서는 수소 원자들이 은하의 탈출 속도(약 1000km/s)를 초과하는 속도를 가져야 한다. 그런데 열운동 속도가 초당 1000km인 수소 기체의 온도는 얼마일까?
답: 4천만 도.
이 기체는 어떻게