은하수, 어떻게 그렇게 우주를 통과할 수 있나요?

Nature Astronomy의 최근 논문은 우리 은하가 우주를 지금처럼 빠르게 확대하고 있는 이유에 대한 설명을 제공합니다. 편집자는 나에게 결과를 요약해 달라고 요청했습니다. 그 종이에는 수학이 있었어요. 많은 수학. 또한, 그 논문에서는 위너 필터(Wiener filter)에 대해 언급했는데, 확실하지는 않지만 편집자가 나를 괴롭히는 것 같습니다.

위너 필터(실제로 신호에서 노이즈를 분리하기 위한 잘 알려진 신호 처리 필터)를 제외하면 결과는 흥미롭지만 꽤 밀도가 높습니다. 당신이 알아야 할 사항은 다음과 같습니다.

첫째, 우주는 팽창하고 있다. 당신은 아마 그것을 이미 알고 있었을 것입니다. 우리 주변에서 볼 수 있는 대부분의 은하들은 허블 상수라는 속도로 우리에게서 멀어지고 있습니다. 천문학자 에드윈 허블의 이름을 따서 명명된 이 속도는 백만 광년당 초당 약 160킬로미터(100마일)입니다. 우주의 표준 팽창률입니다.

이 표준 확장 속도 외에도 다양한 은하계와 관련된 특정 속도가 있습니다. 이는 중력 때문입니다. 이는 우주의 네 가지 기본 힘 중 가장 약한 힘이지만 우주 규모에서는 큰 영향을 미칩니다. 중력은 질량과 거리에 따라 달라집니다. 거대한 물체가 서로 가까워질수록 서로에게 더 큰 중력을 가하게 됩니다. 다음은 이 네 가지 중요한 힘에 대해 간략히 요약한 것입니다.
현재 은하수는 라니아케아(Laniakea)라고 불리는 거대한 은하 집단의 중심에 더 가까이 다가가고 있습니다. 우리 집 클러스터예요. 그러나 흥미로운 점은 관련 당사자의 질량과 거리를 기반으로 우리 은하의 움직임 중 일부만 설명할 수 있다는 것입니다. 이 효과에 뭔가 다른 것이 추가되어야 합니다. 뭐가 될수 있었는지?

대답은 중력 반발인데, 이는 다소 혼란스럽습니다. 결국 중력이 끌어당기는 거겠죠? 그러면 이것이 어떻게 작동하나요?

당신이 방 중앙에 서 있다고 상상해 보세요. 이것은 우주입니다. 당신 주변에는 훌라후프가 있습니다. 고리에는 허브에서 방의 양쪽으로 스포크처럼 뻗어 있는 로프가 묶여 있습니다. 각 밧줄의 다른 쪽 끝에는 사람이 있습니다. 사람들은 이웃 은하계를 대표합니다.

방에 있는 모든 사람들의 크기와 강도는 동일합니다. 즉, 여러분을 둘러싼 모든 은하계의 질량이 동일하고 여러분으로부터 거리가 동일하다는 의미입니다. 각 사람은 밧줄을 집어 당기기 시작합니다. 너 한테 무슨 일이 생긴거야? 모든 힘이 서로 균형을 이루기 때문에 아무데도 가지 않습니다. 훌라후프는 바닥 위에 매달려 있지만 한쪽이나 다른 쪽으로 움직이지는 않습니다.

이제 방 한쪽에서 두 사람을 역도 선수로 교체한다고 상상해보십시오. 그들은 질량 때문에 작은 은하보다 더 강한 중력을 발휘하는 더 큰 은하를 나타냅니다. 모두가 당기기 시작합니다. 이번에는 당신과 후프가 바닥을 가로질러 역도 선수들을 향해 움직이기 시작합니다. 하지만 방 반대편에 있는 사람들은 여전히 밧줄을 당기고 있기 때문에 방 반대편에 사람이 없으면 최대한 빨리 갈 수 없습니다.

여기에 세 번째이자 마지막 비유가 있습니다. 당신은 같은 방에 있습니다. 방 한쪽에는 서너 명의 역도 선수가 있지만 다른 쪽에는 평균 체격의 사람이 한 명밖에 없습니다. 이제 로프를 당기면 저항이 줄어들기 때문에 역도 선수를 향해 훨씬 더 빠르게 움직일 수 있습니다.

이것이 중력 반발입니다. 평균 크기의 사람은 어떤 것에도 강한 중력을 발휘할 수 없는 우주의 밀도가 낮은 영역을 나타냅니다. 중력은 인력이기 때문에 실제로 어떤 것도 밀어낼 수 없습니다. 그러나 우주의 밀도가 낮은 영역이 있으면 저항이 적어지며, 이는 우주적 규모에서 반발력과 동일합니다. 실제로 일어나고 있는 일은 밀도가 높은 지역이 당신의 은하계에 거의 반대되지 않는 중력을 끌어당기고 있다는 것입니다.

그것이 우리가 은하수에서 보고 있는 것입니다. 우주의 밀도가 너무 높은 부분은 우리 은하에 강한 중력을 작용시키고 있고, 반대편에는 밀도가 낮은 부분이 있습니다. 과학자들은 이를 쌍극자 리펠러라고 부릅니다.

여기서 알아야 할 가장 중요한 점은 이 설명이 우리 은하계가 우주를 통과하는 속도에 관해 과학자들이 갖고 있던 몇 가지 난제를 잘 해결해 준다는 것입니다. 두 번째로 기억해야 할 가장 중요한 점은 제 편집자가 제가 여기까지 오기 위해 많은 계산을 하게 만들었다는 것입니다.