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우주의 탄생

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Silk damping과 초기 요동의 소규모 소멸 Silk damping은 초기 우주에서 photon–baryon fluid가 상호작용하던 시기에 작은 스케일의 밀도 요동이 점차 소멸되는 현상을 의미하며, 이는 cosmic microwave background(CMB) anisotropy와 작은 스케일 구조 형성에 직접적인 영향을 남긴다. photon diffusion과 baryon drag 효과가 결합하면 음향 진동을 일으키던 작은 스케일 모드가 점차 퍼져나가면서 진동의 진폭이 감소하고, 결국 특정 스케일 이하의 요동은 완전히 사라진다. 이 현상은 초기 우주의 물리 상태, 광자와 바리온의 상호작용 강도, 재결합 이전의 열역학적 환경 등을 반영하는 핵심 정보로 작용한다. Silk damping은 단순한 파워 감소가 아니라 photon mean free ..
Warm dark matter 모델과 small-scale 구조 억제 warm dark matter(WDM) 모델은 암흑물질 입자가 완전히 차갑지도(cold) 뜨겁지도(hot) 않은 중간 수준의 운동에너지를 가진다고 가정하는 이론적 틀이다. 이 모델에서 암흑물질 입자는 초기 우주에서 유의미한 thermal velocity를 보유하기 때문에 작은 스케일의 밀도 요동을 자유롭게 가로지르며, 그 결과 small-scale 구조 형성이 억제된다. 이러한 특징은 위성 은하 과잉 문제, 은하 중심 밀도 과도 문제 등 cold dark matter(CDM)가 소규모 구조에서 겪는 긴장을 완화할 수 있는 가능성을 제시한다. WDM의 핵심 물리적 효과는 free-streaming과 이에 따른 power spectrum suppression이다. free-streaming 길이보다 작은 스..
Cosmic Web의 형성과 필라멘트 구조의 동역학 cosmic web은 우주 대규모 구조가 거미줄처럼 얽혀 있는 형태를 의미하며, 은하와 암흑물질이 필라멘트, 시트, 보이드, 노드로 이어지는 복합적 네트워크를 형성한다는 사실을 보여준다. 이 구조는 암흑물질 요동이 선형 단계에서 비선형 단계로 성장하는 과정에서 자연스럽게 만들어지며, 밀도 대비의 중력적 증폭과 tidal field의 방향성 있는 변형이 결합된 결과다. cosmic web의 존재는 우주 구조 형성의 필수적인 특징이며, 필라멘트와 노드에서는 물질 유입과 은하 형성이 활발하게 일어나기 때문에 초기 은하 진화 연구에서도 매우 중요한 역할을 한다. cosmic web의 형성은 단순히 고밀도 영역이 모여 만들어진 것이 아니라, tidal tensor가 갖는 고윳값 구조, 초기 요동의 비등방적 변형,..
Large-scale bias와 halo clustering의 이론적 기초 large-scale bias는 은하와 암흑물질 분포가 서로 다른 공간적 패턴을 보인다는 사실을 정량적으로 표현한 개념이며, 구조 형성 이론에서 필수적인 기초 요소다. 실제 우주에서는 총질량 분포가 구조를 결정하지만, 관측에서는 은하·은하단과 같은 luminous tracers만 보이기 때문에 이들이 기본 밀도장보다 어떤 방식으로 “편향되어” 배치되는지 이해하는 것이 중요하다. large-scale bias는 은하나 halo가 기본 암흑물질 밀도장 대비 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내며, 구조 성장률·밀도 요동의 크기·초기 조건 등 우주론 모수를 제약하는 핵심 도구로 작동한다. 또한 halo clustering의 강도는 halo mass와 형성 시점에 따라 달라지고, peak-background sp..
Non-Gaussianity와 초기 요동의 통계적 특성 (f_NL 분석) 우주 초기 밀도 요동은 오늘날 은하, 은하단, 대규모 구조 형성의 씨앗 역할을 한다. 이 초기 요동이 어떤 통계적 성질을 가졌는지를 정량적으로 규정하는 핵심 개념이 바로 Non-Gaussianity다. 일반적인 표준 우주론에서는 초기 곡률 요동이 Gaussian random field로 매우 잘 근사된다고 가정하지만, 실제로는 양자 요동의 생성 방식, inflation의 세부 동역학, 다중 장 효과 등에 의해 미세한 Non-Gaussianity가 남을 수 있다. 이 미세한 비가우시안 성분은 단순한 “잡음”이 아니라 초기 우주 물리의 세부 구조를 드러내는 정밀한 탐침이 된다. Non-Gaussianity의 크기와 형태는 주로 fNL이라는 매개변수로 정리되며, CMB anisotropy, 대규모 구조의 cl..
High-redshift quasar의 기원과 초기 블랙홀 성장 모델 high-redshift quasar는 적색편이 z ≳ 6 이상에서 발견되는 초고광도 퀘이사로, 우주가 탄생한 지 10억 년이 채 되지 않은 시점에 이미 10⁹ M⊙ 규모의 supermassive black hole(SMBH)이 존재했다는 사실을 보여준다. 이 관측 결과는 초기 우주에서 블랙홀이 얼마나 빠르게 성장할 수 있는지, 어떤 시드(seed) 블랙홀에서 출발했는지, 그리고 어떤 accretion 메커니즘이 작동했는지를 이해하는 데 직접적인 도전을 제기한다. 표준적인 별잔해 블랙홀 성장만으로는 제한된 시간 안에 이 정도 질량에 도달하기 어렵기 때문에, high-redshift quasar는 초기 블랙홀 형성 이론을 검증하는 실질적인 시험대 역할을 한다. 초기 블랙홀 성장 모델은 크게 두 단계로 나누..

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