천문학

은하와 허블

은하 형태, 회전곡선, 허블–르메트르 법칙, 표준촉 스케치.

기초

형태

허블의 음차 그림은 타원은하, 나선(막대 있는/없는), 불규칙으로 나눕니다. 타원은 가스가 적고 늙은 별이 많고, 나선은 팔에서 별을 만듭니다. 우리은하는 막대나선에 가깝습니다. 형태는 진화의 한 장면이지 “타원이 나선으로 자란다”는 뜻은 아닙니다. 충돌이 타원과 불규칙을 만들 수 있습니다.

회전곡선

나선은하에서 원반 별의 공전 속력은 바깥에서도 떨어지지 않고 평평한 경우가 많습니다. 보이는 별·가스만으로는 중력이 부족해, 어두운 물질(암흑물질) 헤일로를 넣습니다. 대안 중력 수정도 연구되지만, 표준 설명은 헤일로입니다. 우리은하도 같은 패턴입니다. 질량을 빛으로만 세면 안 됩니다.

허블–르메트르

가까운 은하일수록 적색이동이 작습니다. v ≈ H₀ d 가 그 선형 스케치입니다. H₀ 의 값은 측광 계단과 CMB 가 조금 다르게 내놓아 “허블 긴장”으로 불립니다. 아주 먼 우주는 선형 속도가 아니라 척도인자의 변화로 읽습니다. 후퇴는 공간의 팽창이지, 은하가 성간을 “뚫고 나는” 그림이 아닙니다.

거리 사다리

시차(가이아)가 가까운 별을 재고, 세페이드의 주기–광도, Ia형 초신성의 거의 일정한 봉우리가 더 먼 자를 잇습니다. 각 단이 눈금 오차를 다음으로 넘깁니다. 중력파 “표준 사이렌”이 다른 경로를 시험합니다. 숫자는 해마다 다듬어지니, 수업에서는 방법의 뼈대를 기억하세요.

공식

허블–르메트르 (근방)

v ≈ H₀ d

저속·저적색이동. H₀ 단위는 km s⁻¹ Mpc⁻¹.

기호

v 후퇴 속력 스케치
H₀ 허블 상수 (지금)
d 고유거리에 가까운 거리

적색이동

z = (λ_obs − λ_em) / λ_em

우주론에서는 1+z = 1/a (방출 당시 척도인자).

기호

λ_obs 관측 파장
λ_em 방출 파장

원궤도 속력

v = √(G M(<r) / r)

평평한 회전곡선은 M(<r) 이 r 에 비례함을 시사.

기호

M(<r) 반지름 r 안의 질량

핵심 표

H₀ 대략	약 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹ 전후. 측정법마다 수 km 차이
국부은하군	우리은하, 안드로메다(M31), 삼각자리(M33) 등
암흑물질	빛은 거의 안 내고 중력만. 입자는 아직 실험실에서 미확정