천문우주과학과

일시:  2021년 5월 6일 목요일 오후 4시 (ZOOM 회의 ID:878 6419 6027)

연사:  채규현 교수님(세종대학교)

제목: 은하 회전속도 곡선에서 외부중력장 효과의 발견과 강한 등가원리의 위배

 초록:  은하, 은하단의 역학과 우주론에서 뉴턴-아인슈타인 표준 중력이론으로 인해 추론되는 암흑물질은 현존하는 최대 난제 중의 하나이다. 2021년 현재까지 입자 검출실험에서 암흑물질 입자는 확인되지 않고 있고, 가능한 질량과 산란단면적의 폭은 갈수록 좁아지고 있다. 반면에 은하와 우주론 영역, 특히 임계가속도 이하 은하 외곽에서 중력이론의 수정 가능성이 꾸준히 제기되어 왔다. 뉴턴-아인슈타인 이론은 강한 등가원리를 만족시키는 독특한 이론이다. 따라서 일정한 외부중력장 하에서 자유 낙하하는 은하의 내부역학은 외부중력장의 영향을 받지 않는다. 반면에 (아인슈타인 등가원리는 만족시키지만) 강한 등가원리를 만족시키지 않는 수정중력이론들은 일반적으로 은하의 내부역학이 외부중력장의 영향을 받을 것을 예측한다. 특히, 밀그롬이 제안한 수정 뉴턴역학(MOND)의 비상대론적 중력장 이론은 외부중력장 효과를 정량적으로 예측한다. 최근 연구에서 SPARC 데이터베이스에서 제공하는 153개 은하의 회전속도 곡선을 분석하여 외부중력장 효과를 테스트하였다. 회전속도 곡선이 은하 외곽에서 통계적으로 미세하지만 분명하게 감소하는데, 이는 놀랍게도 간단한 MOND 이론이 예측하는 것과 일치한다. 그러나 이 미세한 감소는 외부중력장이 가상의 암흑물질 헤일로에 조석력을 일으킨다는 가정으로는 설명하기 어렵다. 이러한 결과는 수정 중력을 지지하고, 표준 중력이론과 암흑물질 가정에 이의를 제기한다.