은하단 (Galaxy Cluster)
쉽게 풀면
수백에서 수천 개의 은하들이 서로의 중력에 묶여 커다란 무리를 이룬 것으로, 우주에서 가장 큰 중력적으로 묶인 구조 중 하나입니다.
왜 중요한가
은하단은 우주에서 가장 큰 중력 결합계이므로, 그 질량함수의 적색이동 진화가 우주 팽창률과 구조 성장률에 민감하여 암흑에너지와 물질 밀도를 제약하는 우주론 탐침으로 쓰입니다. 은하단 내 뜨거운 기체의 X선·SZ 효과 관측과 중력렌즈 질량을 비교하는 것이 암흑물질 존재 증거(총알 은하단)와 질량 눈금 검증의 핵심입니다. 은하단 중심에는 대개 다른 구성원 은하보다 훨씬 크고 밝은 가장 밝은 은하단 은하(BCG, brightest cluster galaxy)가 자리하며, 그 형성사는 은하단 전체의 병합 이력을 보여주는 지표로 연구된다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
은하단을 이루는 은하 자체뿐 아니라 그 사이를 채우는 고온 가스 성분도 X선으로 별도로 관측된다는 점을 설명한다.
눈에 보이는 은하와 가스를 다 합쳐도 은하단 전체 질량의 일부에 불과하다는 설명이다.
조금 더 깊게 보면
은하단 질량의 대부분은 암흑물질이고 바리온 중에서도 별보다 X선 기체가 5~10배 많아, '은하들의 집단'이라는 이름과 달리 은하 자체는 질량의 몇 %에 불과합니다. 질량 측정법(X선 정수압, SZ, 약한 렌즈, 속도 분산)마다 가정이 달라 서로 10~20% 차이가 나며, 이 '질량 편향'이 은하단 개수 기반 우주론에서 가장 큰 계통 오차입니다. 은하단은 아직 형성 중인 계여서 정수압 평형이나 비리얼 평형 가정이 병합 중인 은하단에서는 깨질 수 있습니다. 은하단 중심의 뜨거운 기체는 원래 빠르게 냉각되어 별을 만들어야 하지만, 중심 초대질량블랙홀의 되먹임이 기체를 가열해 냉각을 억제하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 전통적인 비리얼 반지름 대신 물질이 처음 궤도를 되돌리는 스플래시백 반지름으로 은하단의 경계를 새로 정의하려는 시도도 늘고 있다.
주의할 점
은하단의 총질량 중 개별 은하가 차지하는 비중은 작으며, 고온가스와 암흑물질이 대부분을 차지한다는 점에서 은하단은 단순히 은하들의 집합 이상의 구조이다.