오목 중력렌즈 와 볼록 중력렌즈는 구분이 가능한가? 음의질량-암흑물질-암흑에너지

이 글은 질문을 겸한 포스팅입니다!
중력렌즈(Gravitational Lensing effect) 관련하여 잘 아시는 분 계시면 답변이나, 참고자료좀 알려주시면 감사하겠습니다.

우리는, 초중고의 경험과 교육을 통해서 오목렌즈와 볼록렌즈를 쉽게 구분할수 있습니다!
그리고, 이와같은 배움을 토대로하여 우주를 관측하며 중력렌즈에 대한 아이디어 등을 얻었고, 현재는 이것이 매우 발전하여 매우 유용한 도구로 사용되고 있습니다.

질문은 다음과 같습니다!
[ 우리는 원거리의 중력원을 거쳐서 오는 빛을 바라볼 때, 이것이 볼록렌즈 효과인지 오목렌즈 효과인지 구분이 가능한가? 입니다. ]

암흑물질의 존재는 일반적으로 중력렌즈 효과를 통한 추가질량의 존재를 통해 알 수 있습니다. 음의 질량이 암흑물질일 경우 이와 같은 중력렌즈 효과에 대해 생각해 보면, 기존에 양의 질량간 중력이 인력이었기에 안으로 모으는 볼록 렌즈 형태인 반면, 음의 질량과 양의 질량간에 힘은 척력이기에 거대 음의 질량 집합은 관측대상에 대해서 오목렌즈(concave lens ) 형태로 왜곡시키는 효과를 발생시킬 것입니다.

기존의 계측기기가 은하나, 은하단 모습의 일그러짐을 통해서 중력렌즈 효과를 인식한다면, 음의질량의 존재로 인한 오목 중력렌즈 효과 또한 은하나, 은하단의 영상을 일그러뜨리는 역할을 할 것이기에, 눈에 보이지 않는 암흑물질의 근거가 될 수 있습니다. 또한, 기존에 측정된 중력렌즈 효과를 통해서 제기된 암흑물질의 분포에는 순수하게 양의 질량으로 인한 암흑물질도 있겠지만, 음의 질량에 의한 암흑물질의 분포에 의해서도 발생될 수 있을 것입니다.

 

그런데, 음의 질량을 통한 암흑물질 가설에서는 음의 질량이 은하 내부가 아닌 은하 외부에 주로 분포하고 있습니다. 따라서, 은하외부의 음의 질량에 의한 오목 중력렌즈(concave gravitational lensing)  효과는 지구의 관찰자에게 은하가 작용시키는 볼록중력렌즈(convex gravitational lensing) 효과와 동일한 형태로 나타나게 될 것으로 보입니다.


오목 중력렌즈효과와 관련하여, 저는 오목 중력렌즈나, 볼록 중력렌즈나 이러한 단어를 들어본 적이 없습니다. 오직 (강한)중력렌즈와 약한 중력렌즈만 들어 보았기 때문입니다. 오목 중력렌즈나 볼록 중력렌즈나 모두 제가 만든 단어입니다.(혹시 이미 있을지도 모르겠습니다만~)

제가 느끼기에, 중력렌즈 방법에 이와같은 구분이나 단어가 없는 것으로 보아, 천문학에서 음의 질량이나 반중력원을 진지하게 생각해 본적이 없기에 따라서, 중력렌즈 방법 또한 하나의 방법만이 존재할 것으로 판단했고, 따라서 이것에 대해서 의심해 보지 않은것으로 추측됩니다.

 

은하를 음의 질량이 둘러싸고 있는 형태에서 은하를 지나온 빛을 지구에서 관측 할 때에 왼쪽과 같이 나타나는 상황에 대해, 은하내에 눈에 보이지 않는 암흑물질이 있고, 이러한 중력에 의해서 중력렌즈 효과(기존에는 볼록렌즈 효과만 나타났기에)로 해석을 했는데, 은하의 좌우 양측에 오목렌즈 역할을 하고 있는 어떤 물질이 있다면, 볼록렌즈와 그 형태를 구분하기가 어렵다는 점입니다.

 

오목 중력렌즈 효과를 기하광학 측면이 아니라, 중력으로 설명을 해보면,
앞서 은하내의 구심력 효과를 통해서, 은하 밖의 음의 질량 분포에 의한 구심력 효과가 존재하므로, 은하내에는 실재 은하의 질량 + 은하전체를 음의 질량 밀도와 같은 크기의 밀도를 가진 양의 질량으로 채웠을 때의 중력이 같이 존재하게 됩니다. 따라서, 외부에서 온 빛이 은하 안쪽이나 은하에 가까운 근처를 지나간다면, 실재은하의 중력+암흑물질(음의 질량에 의한)중력 만큼 더해져서 더 큰 중력렌즈 효과를 나타내게 됩니다.
수식적인 설명은 암흑물질은 음의 질량으로 이루어져 있다 포스팅 참조 http://icarus2.egloos.com/2732221

 순수하게 오목 중력렌즈 효과를 관측할 수 있는 상황을 생각해 보면, 위의 그림에서 우측의 단독 오목렌즈만 있을 때의 상황과 같은데, 첫째로 지구에 있는 관찰자가 은하크기에 비해서 상당한 거리를 이동해서 B,C 위치 모두에서 관측해야 하는데, 지구는 원거리 관측대상을 기준으로 관측위치를 거의 바꿔 본적이 없고,  두번째로 지구에서의 실재 관측은 우측의 그림에서 단독의B 또는 단독의C 상황이고, 지구의 관찰자가 기존에 C의 형태에서 관측이 있었다면, 일반적으로 C의 관찰자는 음영영역의 우측에 눈에 보이지 않는 양의 암흑물질이 존재하고 있어(우측 점선으로 그린 원), 중력렌즈 효과를 발생시키고 있는 것이라고 설명을 달게 됩니다.

즉, 중력렌즈 효과가 관측되면 모두다 볼록 중력렌즈 효과로 명명할수 있게 됩니다. 눈에는 안보이지만 암흑물질이 있다고 설명하면 되므로~

[ 중력렌즈 관련 논문의 글 ]

Charles R. Keeton1(June 2002), [ A Catalog of Mass Models for Gravitational Lensing ]
 
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0102341v2

While composite models provide a great deal of freedom and complexity, they are not completely general. This limitation is eliminated in the elegant algorithm by Saha & Williams (1997; also Williams & Saha 2000) for finding non-parametric lens models. The approach is to introduce a set of mass pixels and construct a large linear programming problem for determining their masses.

The problem is severely underconstrained, but by requiring positive-definite masses and imposing some smoothness criteria it is possible to find a wide but finite range of non-parametric models consistent with the data.

A limitation of the Saha & Williams algorithm is that the constraint of a positive-definite surface density is weaker than the constraint of a positive 3-d mass density — or,better yet, a positive-definite quasi-equilibrium distribution function. In other words, while parametric models may provide too little freedom, the Saha & Williams non-parametric models provide too much. For example, their method does not determine whether models are consistent with stellar dynamics, and many of the models found by the method probably are not consistent.


 중력렌즈 관련한 방법이나, 프로그래밍 관련하여 자세히는 모르지만, 중력렌즈 관측 방법중에 음의 질량과 양의 질량의 효과가 구분이 안될 가능성도 있다는 점때문에 언급했다. 아마도, 계산시 |m| 이나, m^2, θ^2 이나, 이런 형태로 음의 질량과 양의 질량의 효과를 구분하지 못하는 항이 들어가는 것으로 보이는데~

질문은 이겁니다!
1. 천문학에서 원거리 관측대상에 대해서 지구나 지구를 도는 관측장비로 중력렌즈 효과를 관측함에 있어, 이것이 볼록중력렌즈 효과인지 오목 중력렌즈 효과인지 구분이 가능한가?

2. 구분이 가능하다면, 그와 같은 방법의 명칭이나, 논문명을 좀 알려주시면 대단히 감사하겠습니다.

 

==============

Hypothesis of Dark Matter and Dark Energy with Negative Mass :
http://vixra.org/abs/0907.0015


핑백

  • 이카루스2 : CDMS II(암흑물질 탐색실험)에서 온 Good News! 2009-12-18 12:38:06 #

    ... tp://arxiv.org/abs/0806.2320v2※ 중력렌즈 방법은 음의 질량에 의한 효과와 양의 질량에 의한 효과를 잘 구분하지 못합니다.(http://icarus2.egloos.com/2782875)두가지 관측 증거 모두 일반물질이 서로 가까운 곳에 위치하고, 암흑물질이 서로 먼쪽에 배치된 모습을 뛰고 있습니다.1) + 질량, + 질량 : 인력 ... more

  • 이카루스2 : 음의질량의 존재를 검증할 수 있는 12가지 방법 2010-01-10 17:09:07 #

    ... M은 인력적인 특성을 갖는 반면, Λ는 척력적인 특성을 갖고 있기에 음의 질량 가설과 명확하게 구별이 됩니다.4. 오목 중력 렌즈 효과 (http://icarus2.egloos.com/2782875)앞선 포스팅에서 양의 질량이 만들어 내는 볼록 중력 렌즈효과(convex gravitational lensing effect)와 음의 질량이 만들어 ... more