지구과학 · 은하의 회전과 질량

은하의 회전 곡선과 암흑 물질

보이는 질량과 헤일로 성분을 바꾸어 은하 바깥쪽의 회전 속도 곡선을 비교해 보세요.

은하의 회전 곡선과 암흑 물질 개념 그림

시뮬레이션은 브라우저에서 실행됩니다. 실험 조건을 바꾸기 전에 학습 목표와 탐구 질문을 살펴보세요.

이 실험에서 알아볼 내용

원운동 속도에 궤도 안쪽의 질량이 어떻게 반영되는지 살펴보고, 넓게 분포한 질량이 회전 곡선에 주는 효과를 설명하세요.

교과와 단원

2022 개정 행성우주과학 · 은하와 우주. 회전 속도 곡선과 질량 분포의 관계를 통해 빛을 내지 않는 질량 성분의 효과를 비교합니다. 특정 은하의 실측 자료를 맞춘 모형은 아닙니다.

연계 성취기준: 12행우03-03

탐구 질문과 해설

1. 중심에 모인 밝은 물질만 있다면 먼 곳의 회전 속도는 어떻게 될까요?

대부분의 질량 바깥으로 나가면 궤도 안쪽 질량이 거의 늘지 않으므로 원운동 속도가 감소합니다. 헤일로 성분을 0으로 놓고 큰 반지름에서의 곡선을 확인하세요.

2. 넓게 퍼진 질량 성분을 더하면 바깥쪽 회전 곡선은 어떻게 달라질까요?

반지름이 커질수록 궤도 안쪽에 포함되는 질량도 계속 증가할 수 있어 속도 감소가 작아집니다. 이 모형에서는 충분히 먼 곳에서 헤일로 속도 척도에 가까워집니다. 실제 암흑 물질 연구는 여러 관측 증거를 함께 분석합니다.

모형의 가정과 실제 현상과의 차이

구대칭으로 근사한 가상 은하의 원운동 모형이며 v²=GM(<r)/r를 사용합니다. 밝은 성분은 플러머 질량 분포 Mᵦ(<r)=Mᵦr³/(r²+a²)^(3/2), 헤일로는 중심 척도 3 kpc인 로그 퍼텐셜 모형으로 vₕ²(r)=Vₕ²r²/(r²+3²)를 사용합니다. 두 성분의 속도의 제곱을 더해 전체 속도를 구합니다. 각 질량 분포는 학습을 위한 선택이며 실제 은하 원반의 중력, 가스, 비원운동과 관측 오차를 포함하지 않습니다. 헤일로의 ‘속도 척도’는 성분 세기를 정하는 매개변수로 암흑 물질 입자의 속도를 뜻하지 않습니다. 그래프의 두 곡선은 모두 계산값이며 관측점으로 표시하지 않습니다. 중심 0의 특이 처리를 피하기 위해 0.5–30 kpc를 비교합니다.

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선생님을 위한 작은 팁

학생에게 결과를 예상하게 한 뒤, 한 가지 변수만 바꾸어 비교하도록 안내해 주세요. 각 실험 아래에서 모형의 가정과 참고 자료를 확인할 수 있습니다.

사이트 안에서는 별도 계정을 만들지 않아요. 실험 조건과 결과는 브라우저에서 계산합니다. 데이터 처리에 관한 자세한 내용은 개인정보 안내에서 확인할 수 있어요. 키보드의 Tab 키로 이동하고 방향키로 슬라이더를 조절할 수 있어요.