제임스 웹 우주 망원경, 대부분의 은하가 시계 방향으로 회전함을 발견

 (smithsonianmag.com)
2P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • JWST의 JADES 심우주 이미지에서 분석한 263개 은하 중 약 3분의 2가 시계 방향, 나머지 3분의 1이 반시계 방향으로 돌아 기존 기대와 어긋남
  • 우주가 모든 방향에서 대체로 같아 보인다는 등방성 우주 전제에서는 은하 회전 방향도 한쪽으로 치우치지 않아야 함
  • Kansas State University의 Lior Shamir는 은하 형태를 정량 분석했으며, 이미지로 봐도 수 차이가 뚜렷하다고 말함
  • 해석은 크게 두 갈래로 갈림: 블랙홀 우주론을 뒷받침하는 회전 우주 가능성, 또는 Milky Way 회전과 Doppler shift가 만든 관측 편향 가능성임
  • 결과가 확인되면 깊은 우주의 거리 측정 재보정이 필요해지고, 우주 팽창률 차이와 오래된 것처럼 보이는 대형 은하 문제에도 영향을 줄 수 있음

JADES 이미지에서 드러난 회전 방향 비대칭

  • NASA의 James Webb Space Telescope는 2021년 12월 태양 궤도에 발사된 뒤 우주의 역사를 관측해 왔음
  • JWST의 Advanced Deep Extragalactic Survey(JADES) 심우주 이미지에서 대부분의 은하가 같은 방향으로 회전하는 듯한 결과가 나타남
  • 2월 17일 _Monthly Notices of the Royal Astronomical Society_에 발표된 논문의 분석 대상은 263개 은하임
    • 약 3분의 2는 시계 방향으로 회전함
    • 약 3분의 1은 반시계 방향으로 회전함
  • Kansas State University의 Lior Shamir는 은하 형태를 정량 분석했지만, 수 차이가 이미지상으로도 명확해 누구나 볼 수 있을 정도라고 말함

등방성 우주 가정과의 충돌

  • 기존 가정에서는 은하가 한 방향이나 다른 방향으로 균등하게 나뉘어야 함
  • UC Berkeley의 Dan Weisz는 2017년 _Astronomy_에서 이 기대가 우주가 모든 방향에서 대체로 같아 보인다는 등방성 개념에서 나온다고 설명함
  • 이 전제에 따르면 관측자 입장에서 은하가 선호하는 회전 방향을 가져서는 안 됨

회전 우주 가설과 관측 편향 가능성

  • 첫 번째 가능성은 우주가 회전 상태에서 생겨났다는 해석임
    • 이는 우리 우주가 다른 부모 우주의 블랙홀 안에 존재한다는 블랙홀 우주론과 맞닿아 있음
    • 이 가설에서는 블랙홀이 내부에 우주를 만들며, 우리 우주의 블랙홀도 다른 아기 우주로 이어짐
    • University of New Haven의 Nikodem Poplawski는 부모 블랙홀의 회전축에서 물려받은 우주의 선호 축이 은하 회전 역학에 영향을 줬을 수 있다고 말함
  • 두 번째 가능성은 Milky Way의 회전이 관측 결과에 영향을 줬다는 것임
    • Doppler shift 효과 때문에 Milky Way의 운동과 반대로 회전하는 은하가 더 밝게 보일 수 있음
    • 그 결과 망원경 관측 표본에서 해당 은하가 과대표집될 수 있음

거리 측정 재보정으로 이어질 수 있는 영향

  • Shamir는 두 번째 설명이 맞다면 깊은 우주의 거리 측정을 재보정해야 한다고 말함
  • 거리 측정 재보정은 우주 팽창률 차이와도 연결될 수 있음
  • 추가 연구가 블랙홀 우주론, 우주 팽창 측정 오류, 또는 다른 설명 중 무엇을 지지할지는 아직 확인되지 않음

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들
  • 같은 단독 저자(컴퓨터과학자)가 여러 데이터셋으로 비슷한 주장을 많이 했고, 때로는 서로 완전히 모순되는 결론까지 냈음
    일부 주장은 천문학자들이 후속 검토를 했고, 분석 오류와 부실한 통계 검정을 찾아냈음. 독립 연구들은 비등방성에 대한 유의미한 증거를 찾지 못했음
    https://academic.oup.com/mnras/article/534/2/1553/7762193
    https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021ApJ...907..123I/abstra...
    https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2017MNRAS.466.3928H/abstra...
    JWST 관련 주장만 봐도, 2024년에 초기 데이터 34개 은하 표본만으로 우리은하와 같은 방향으로 도는 은하가 더 많고 유의미하다고 주장했는데, 같은 영역의 더 넓은 데이터셋에서는 정반대로 반대 방향이 더 많게 나왔음. 그런데 새 논문에서는 이 결과가 확실히 유의미하다고 쓰면서, 자기 이전 결과를 재현하지 못했다는 점은 다루지 않음
    표본 영역도 아주 작고, 가까운 은하들의 회전은 서로 상관될 수 있는데 이를 고려하지 않았음. 서로 다른 방향의 JWST 필드가 여러 개 있고 JADES 필드도 둘인데, 하나만 발표함
    MNRAS 편집진이 이런 낮은 품질의 주장을 더 엄격한 심사 없이 싣지 않도록 조치했으면 함. 본문도 예전 논문 결과를 크게 반복하고, 새 결과에 대한 논의는 거의 없음
    출처: https://www.reddit.com/r/cosmology/comments/1ja9i53/the_dist...
    • 저자는 이미 충분히 반박된 피로한 빛 이론의 지지자이기도 함
  • 지구의 사이클론과 허리케인이 북반구/남반구에서 서로 다른 방향으로 도는 걸 생각하면, 우리가 관측 가능한 우주의 두 극점 중 하나에 있는 셈일 수도 있나?
    주변 대부분 은하가 특정 방향으로 돈다고 관측된다면 그런 해석이 가능한지 궁금함
    • 더 바보 같은 질문일 수 있는데, 시계방향으로 도는 것처럼 보이는 은하도 반대편에서 보면 반시계방향으로 보이지 않나?
      그렇다면 진짜 질문은 은하들의 상대적 방향이 왜 한쪽 회전을 더 선호하는 것처럼 보이느냐가 되는 듯함
    • 정말 그렇게 밝혀지면 엄청 흥미로울 듯함. 그러면 두 극을 하나로 묶는 중심이 있는지도 묻게 되고, 있다면 그게 무엇인지도 궁금해짐
      지구에서 이런 일이 생기는 이유는 행성의 자전과 코리올리 효과 때문이니, 우주 전체가 회전한다는 뜻도 될 수 있음
    • 기억이 맞다면 처녀자리 초은하단은 중력적으로 묶여 있음. 완전한 추측이지만, 은하들이 처녀자리 초은하단 중심을 공전하고 그게 은하 규모의 코리올리 효과를 만드는 것일 수도 있겠다고 봄
    • 쌍극자/토러스 우주 이론이 있음: https://evolvingsouls.com/blog/toroidal-universe/
      도메인 이름은 좀 유치하지만 내용은 꽤 관련 있음
  • 원래 50:50일 거라고 기대했는데 자연은 한쪽으로 치우친 듯한 비대칭이 몇 가지 있는 것 같음
    물질-반물질 비율, 왼손잡이/오른손잡이 분자, 이제는 은하 회전 방향까지 있음. 놓친 것도 더 있을 수 있음
    • 왼손잡이 중성미자는 발견했지만 오른손잡이는 발견하지 못했다는 점도 비슷한 사례 같음
      https://en.wikipedia.org/wiki/Sterile_neutrino
    • 우주선이 생명체의 오른손잡이 DNA 편향을 설명할 수 있다는 내용도 있음
      "파이온의 빠른 붕괴는 약한 상호작용이 지배하는데, 약한 상호작용은 거울 비대칭성이 알려진 유일한 기본 힘이다"
      https://www.quantamagazine.org/cosmic-rays-may-explain-lifes...
    • 물질-반물질 비율은 애초에 50:50을 기대해야 하는지 모르겠음. 50:50이면 매우 불안정한 계가 아닐까?
      어쨌든 불안정한 상태는 가능성이 낮고 안정한 상태로 수렴한다고 기대할 수 있음. 다른 예들도 비슷한 이유로 50:50이 아닐 수도 있음
    • 한 태양계 안에서 행성들이 같은 방향으로 공전하는 경향에 대해서도 다른 관측적 설명이 있지 않나?
    • 운석에서 발견되는 유기화학 물질은 지구 밖 기원에서도 왼손잡이와 오른손잡이가 거의 같게 나타남
      나머지는 우리의 전제 중 하나 이상이 틀렸기 때문일 수 있고, 가장 유력한 용의자는 우주론 원리라고 봄
  • 회전 방향은 관측자에 따라 달라짐. 내가 어떤 은하를 시계방향으로 본다면, 그 은하 뒤쪽에서 보는 관측자는 반시계방향으로 볼 것임
    그러면 우리가 우주에서 그런 위치에 있어서 2/3는 시계방향, 나머지는 반시계방향으로 보는 것뿐인가?
    • 실제 논문 표현은 더 말이 됨: "그 필드에서 우리은하와 반대 방향으로 회전하는 은하 수가 우리은하와 같은 방향으로 회전하는 은하 수보다 약 50% 많다"
    • "회전 방향"은 꽤 거친 측정이라는 생각이 듦. 실제로는 우리 은하에 대한 은하의 각도를 볼 수 있을 것 같음
      예를 들어 0°는 정확히 위에서 본 상태라 시계방향, 180°는 아래에서 본 상태라 반시계방향, 90°/270°는 옆에서 본 상태라고 두고, 이 매개변수로 통계를 내면 어떨지 궁금함
    • 공간적으로 직관하기 어려워서, 방 안에 서 있고 왼쪽/오른쪽을 가리키는 화살표가 있다고 상상해 봄
      앞에 왼쪽 화살표 3개, 뒤에도 내가 돌아섰을 때 왼쪽으로 보이는 화살표 3개가 있다가, 그중 하나를 지나치면 한쪽에는 왼쪽 2개가 남고 앞에 있던 왼쪽 화살표 하나는 오른쪽 화살표가 되어 전체가 왼쪽 5개, 오른쪽 1개처럼 될 수 있음
      그래서 관측 자체는 가능하지만, 그래도 왜 불균형이 생기는지는 설명하지 못함. 우주의 대부분 위치에서는 어느 관점에서 봐도 대략 균등한 분포를 기대할 듯함
  • 다들 블랙홀 가설을 얘기하지만, 내게는 우리은하의 회전에 대한 잘못된 가정이 더 그럴듯해 보임. 그 설명은 다른 두 문제도 함께 설명할 수 있기 때문임
    "거리 측정의 재보정은 우주의 팽창률 차이, 기존 거리 측정에 따르면 우주 자체보다 더 오래됐어야 하는 거대 은하들 같은 우주론의 미해결 질문도 설명할 수 있다"
    • 우리은하의 1e-16 Hz 회전이 다른 나선은하의 방향을 인식하는 방식에 어떻게 영향을 주는지 이해가 안 됨
    • 모델링은 사소할 듯함. 복잡해 보이지만 기본 삼각법만 쓰는 박사과정 주제를 찾는 사람에게 좋겠음. 결론은 아마 "아니오"일 가능성이 큼
  • 시계방향이라는 건 무엇을 기준으로 한 건가? 우주에 위쪽 방향이 있나?
    아니면 그냥 다른 은하들과의 상대 방향인가?
    • 우리 관점 기준의 시계방향임. 어느 방향을 보든, 어디서 보든 양쪽 회전이 같은 수로 보여야 한다고 기대하는 상황임
    • 표준 좌표계, 예를 들면 https://en.m.wikipedia.org/wiki/Supergalactic_coordinate_sys... 같은 것을 썼을 것 같음
    • 실제 논문 표현은 더 말이 됨: "그 필드에서 우리은하와 반대 방향으로 회전하는 은하 수가 우리은하와 같은 방향으로 회전하는 은하 수보다 약 50% 많다"
  • "도플러 효과 때문에 천문학자들은 우리은하의 운동과 반대 방향으로 회전하는 은하가 더 밝게 보일 것으로 예상한다"는 부분이 어떻게 작동하는지 모르겠음
    링크된 페이지도 왜 회전이 중요해지는지 설명하지 않음. 한쪽 면은 우리 쪽으로 오고 다른 한쪽 면은 멀어지는 건 회전 방향과 상관없이 같으니, 은하 전체의 평균 밝기에는 영향을 주지 않아야 함
    원 논문(https://academic.oup.com/mnras/article/538/1/76/8019798?logi...)은 관련 논문 몇 개를 링크하고, 그중 https://www.mdpi.com/2073-8994/15/6/1190도 있음. 내 질문에 답하지 못했거나 내가 이해하지 못했지만, 밝기 변화 예상 규모는 0.6%라고 함. 관측된 회전 방향 1:2 비율을 설명할 수 있을 것 같지는 않음
    • 물리는 잘 모르지만, 회전에 민감한 현상이 두 종류 있다고 들었음. 하나는 양자 입자의 고정된 스핀인데, 여기서의 "스핀"은 참 쿼크의 "참"처럼 물리학자들이 단어 느낌이 좋아 붙인 것일 수 있어 깊게 들어가진 않겠음
      또 하나는 전자기임. 하전 입자를 원형으로 움직이면 원에 수직인 자기장이 생기고, 어느 쪽에서 보느냐에 따라 자기장의 양상이 달라짐
      이게 방출되는 빛에 어떻게 영향을 주는지는 모르겠지만, 은하의 자기장 방향과 회전 방향이 상관되는지도 궁금함
      어쩌면 자기장이 빛을 편광시키고, 두 자기장이 같은 방향 또는 다른 방향으로 편광시켜 관측 밝기에 영향을 줄 수도 있겠지만, 정보가 부족한 추측일 수 있음
    • 보통 상대론적 빔 효과 또는 도플러 빔 효과라고 부르는 것에 대한 미묘한 언급일 수 있음. 다만 보통은 빛의 속도에 꽤 가까운 속도로 움직이는 물질에서 연상하는 효과임
      [0]: https://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_beaming
    • 한쪽은 우리에게서 멀어지고 다른 한쪽은 다가옴. 그래서 상대 속도가 다르고, 그 차이는 검출 가능함
  • 흥미롭지만, 이걸 알아차리는 데 꼭 JWST가 필요했는지 아니면 지금까지 그냥 확인하지 않았던 건지 궁금함
    예를 들어 Hubble XDF에 포함된 은하들의 회전 방향에도 눈에 띄는 비대칭이 있나?
    Lior Shamir는 최근 몇 년간 서로 무관한 여러 하늘 탐사가 비대칭을 보였다고 썼지만, 그 규모는 약 2% 수준임
    https://www.mdpi.com/2073-8994/16/10/1389
    https://aas.org/sites/default/files/2020-05/lior_aas236.pdf
    JWST의 초기 작업과 더 최근 심우주 필드에서 보인 비대칭은 그보다 한 자릿수 이상 더 큼
    게다가 기존 자료는 방향에 따라 +6%, 다른 방향에 -5%처럼 비등방적 비대칭을 보였지만, 이번처럼 일반적 특징으로 +50%가 보고되는 것과는 전혀 다름
  • 관련 논의도 있음: https://news.ycombinator.com/item?id=43372271 ("Is our universe trapped inside a black hole? This JWS Telescope discovery (space.com)", 56 comments)
  • "이 선호되는 회전 방향은 두 가지 이유 중 하나 때문일 수 있다. 우리 우주 전체가 블랙홀 안에 있거나, 천문학자들이 우주의 팽창을 잘못 측정해 왔거나"
    기사 부제인데, 정말 훌륭한 요약임
    • 천체역학에 밝지는 않지만 "우리가 블랙홀 안에 있다"는 반응이 많아서 궁금함. 블랙홀이 왜 특정 회전 방향을 선호하는지 알고 있나?
    • 이 회전 방향을 설명하는 여러 정신 아득한 답 중에서 "사실 우리 전체 우주가 블랙홀 안에 있다"는 답을 골랐다는 게 인상적임. 그럼 깔끔하게 설명된다는 식임
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