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은하기본면 (Fundamental Plane)

쉽게 풀면

타원은하를 유효반지름, 중심부 속도분산, 평균 표면밝기라는 세 가지 양으로 나타내면, 은하들이 삼차원 공간 안에 아무렇게나 흩어지지 않고 아주 얇은 평면 위에 모입니다. 이 평면을 은하기본면이라고 합니다. 세 양 가운데 둘을 알면 나머지 하나를 꽤 정확하게 예측할 수 있다는 뜻입니다.

왜 중요한가

흩어짐이 작기 때문에 타원은하의 거리를 재는 비교적 정밀한 방법이 되고, 허블상수 측정이나 은하의 고유운동 분석에 활용됩니다. 또한 평면의 기울기가 단순한 비리얼 평형에서 기대되는 값과 조금 어긋나는데, 이 어긋남이 은하의 질량 대 광도 비가 질량에 따라 체계적으로 변한다는 증거로 해석되어 은하 형성 이론의 시험대가 됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

조금 더 깊게 보면

비리얼 정리만 적용하면 반지름이 속도분산의 제곱과 표면밝기의 역수에 비례해야 하지만, 관측된 평면의 지수는 이보다 작게 나옵니다. 이를 기본면 기울기 문제라 부르며 항성종족의 나이와 금속함량 차이, 암흑물질 비중의 체계적 변화로 설명됩니다. 적색편이가 높은 표본에서 평면이 이동하는 정도를 보면 항성종족이 시간에 따라 어떻게 늙어 갔는지 추적할 수 있습니다.

주의할 점

페이버-잭슨관계는 이 평면을 두 변수로 투영한 것이어서 흩어짐이 더 큽니다. 기본면은 나선은하가 아니라 타원은하와 렌즈형은하 같은 조기형 은하에 대해 정의된다는 점도 함께 기억해야 합니다.

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