속도분산 (Velocity Dispersion)

한 줄 정의: 한 천체계에 속한 별이나 은하들의 시선속도가 평균에서 흩어진 정도입니다.

쉽게 풀면

구상성단이나 타원은하 안의 별들은 한 방향으로 나란히 도는 대신 제각기 다른 방향으로 움직입니다. 이 무작위한 운동이 얼마나 빠른지를 통계적으로 나타낸 값이 속도분산입니다. 별 하나하나를 분리해 볼 수 없는 먼 은하에서도, 별빛이 합쳐지면서 흡수선이 도플러효과로 넓어지는 정도를 재면 구할 수 있습니다.

왜 중요한가

속도분산은 그 계를 붙잡아 두는 중력의 세기를 반영하므로, 비리얼 정리를 통해 눈에 보이지 않는 질량까지 포함한 총질량을 추정하는 가장 기본적인 수단이 됩니다. 또 페이버-잭슨관계와 M-시그마관계처럼 은하의 다른 성질과 이어지는 관계들의 축이 되는 양이기도 합니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"은하단 구성원 은하 137개의 시선속도로부터 계산한 속도분산은 약 900 km/s였다."

조금 더 깊게 보면

관측으로 얻는 것은 시선 방향 성분뿐이므로, 실제 삼차원 운동을 복원하려면 궤도의 이방성에 대한 가정이 필요합니다. 이 때문에 질량 추정에는 질량과 이방성이 서로 얽혀 구별되지 않는 잘 알려진 불확정성이 따르며, 여러 반지름에서 속도분산 분포를 측정하거나 고유운동 자료를 더해 완화합니다. 또한 분광기의 기기 선폭을 제대로 빼지 않으면 값이 과대평가됩니다.

주의할 점

회전속도는 계 전체가 한 방향으로 도는 질서 있는 운동을, 속도분산은 무작위 운동의 크기를 뜻합니다. 나선은하처럼 회전이 지배적인 계에서는 속도분산만으로 질량을 구하면 크게 어긋납니다.