3.1 은하 회전 곡선: 암흑 물질 없이도 적합

목차 ／ 제3장: 거시적 우주

용어와 전제: 본 절에서 외곽 원반에서 관측되는 ‘초과 인력’은 **일반화 불안정 입자(GUP)**가 수명 동안 만들어 내는 **통계 텐서 중력(STG)**과, 이 입자가 붕괴·소멸할 때 매질에 주입되는 **텐서 국소 잡음(TBN)**의 공동 효과로 설명합니다. 이후 본문에서는 약어를 쓰지 않고 한국어 전체 명칭만 사용합니다. EFT(에너지 필라멘트 이론)에서 주변 매질은 **에너지 바다 (Energy Sea)**라 부릅니다.

I. 현상과 핵심 과제

많은 나선은하는 밝은 원반 바깥까지 회전 속도가 높고 거의 평탄하게 유지됩니다. 그 구간은 눈에 보이는 물질이 희박하여 반지름이 늘면 속도가 줄어들 것 같지만 관측은 그렇지 않습니다. 동시에 두 가지 ‘매우 촘촘한’ 관계가 성립합니다.

• 가시 질량과 외곽 원반의 대표 속도는 산포가 매우 작은 거의 하나의 관계선을 이룹니다.
• 각 반지름에서의 전체 구심 인력은 가시 물질이 만드는 인력과 거의 일대일로 대응합니다.

곡선 형태 자체는 다양합니다. 중심이 뾰족한지(core가 아닌지), 플래토의 반지름과 높이, 속도장의 미세한 ‘결’은 환경과 사건 이력의 영향을 받습니다. 그럼에도 두 관계가 촘촘하게 유지되는 것은 공통의 바탕 메커니즘이 있음을 시사합니다. 전통적 적합은 대상별로 보이지 않는 ‘외피’를 덧붙여 맞추지만, 개별 미세 조정이 잦고 형성사가 제각각인데도 관계가 이처럼 좁게 모이는 이유를 설명하기 어렵습니다.

핵심: 초과 인력은 새 물질을 더하지 않고도, 매질의 통계적 응답으로 자연스럽게 나타날 수 있습니다.

II. 메커니즘 상: 하나의 텐서 지형, 세 가지 기여

1. 기초적인 내부 경사(가시 물질)
   별과 가스가 에너지 바다에 안쪽으로 기울어진 텐서 지형을 새겨 기본 구심 가이드를 제공합니다. 이 기여는 반지름과 함께 급히 약해지므로, 단독으로는 외곽 플래토를 지탱하지 못합니다.
   관측 단서: 광도–질량비와 가스 표면 밀도가 중심에 모일수록 내부 상승부가 더 ‘가파릅니다’.
2. 매끈한 가산 경사(통계 텐서 중력)
   일반화 불안정 입자는 수명 동안 텐서장에 미세한 끌림을 남기며, 이들이 시공간에서 누적되어 완만히만 감소하는 지속적 바이어스(가산 경사)를 이룹니다.
   • 공간적 매끈함: 외곽까지 유효하여 플래토를 지탱합니다.
   • 활동도와의 공조: 강도는 항성 형성률, 병합·교란, 가스 유입·유출 순환, 바/나선팔 전단과 함께 커집니다.
   • 자기 잠금: 공급과 교반이 늘면 활동도가 오르고, 가산 경사가 강화되어 외곽 속도 스케일이 ‘고정’됩니다.
     관측 단서: 표면 SFR, 바 강도, 가스 흐름, 병합 흔적이 플래토의 높이·길이와 상관합니다.
3. 저진폭 텍스처(텐서 국소 잡음)
   붕괴·소멸 시 주입되는 광대역·저코히어런스 파 패킷이 확산 배경을 만들고, 속도 곡선에 작은 물결과 선폭 확장을 더하지만 평균적인 평탄성은 바꾸지 않습니다.
   관측 단서: 라디오 헤일로/유물, 저대비 확산 구조, 속도장의 ‘입자감’이 병합 축이나 강한 전단 영역에서 두드러집니다.

반경별 직관:

• 내부 (R ≲ 2–3 R_d): 가시 가이드가 우세하고, 통계 텐서 중력이 미세 조정하여 ‘뾰족 중심 vs 코어’를 가릅니다.
• 천이대: 두 기여가 비슷해지며 가파름에서 평탄으로 전환되고, 전환 반경은 활동도와 이력에 따라 이동합니다.
• 외곽 플래토: 통계 텐서 중력의 비중이 커져 높은·긴 플래토 위에 가벼운 텍스처가 얹힙니다.

결론: 플래토 = 가시 가이드 + 통계 텐서 중력. 외곽의 미세 기복 = 텐서 국소 잡음.

III. 두 ‘촘촘한 관계’의 기원

• 질량–속도: 거의 단일 선형
  가시 물질이 매질에 공급하고 휘젓는 정도가 일반화 불안정 입자의 총활동을 정하고, 그 활동이 플래토의 속도 스케일을 정합니다. 따라서 가시 질량과 외곽 속도는 같은 근원에서 함께 변하며 산포가 작습니다.
• 전체 인력 대 가시 인력: 반경별로 거의 일대일
  전체 구심 인력은 가시 가이드와 통계 텐서 중력의 가산 경사의 합입니다. 안쪽은 가시 성분이, 바깥은 가산 경사가 점점 더 주도하여, 반경 점마다 가시 인력이 전체 인력으로 매끈히 사상됩니다.
  직관적 검증: 같은 반경에서 동역학 잔차를 가스/먼지 전단과 확산 라디오 세기에 매핑하면 방향이 같은 상관을 보여야 합니다.

요지: 두 관계는 하나의 텐서 지형을 ‘질량–속도’와 ‘반경–인력’이라는 두 투영으로 본 표정입니다.

IV. 뾰족 중심과 코어 중심이 공존하는 이유

• 평탄화(‘샌딩’) 메커니즘: 병합, 스타버스트, 강한 전단 같은 장기 활동이 국소 텐서 지형을 풀어내 내부 경사를 줄여 코어를 만듭니다.
• 조임 메커니즘: 깊은 퍼텐셜 우물, 안정적 공급, 완만한 교란 하에서는 뾰족성이 유지·회복됩니다.

결론: 두 중심 형태는 같은 텐서 네트워크가 다른 이력·환경을 겪은 끝의 양극 상태입니다.

V. 다중 관측을 하나의 텐서 지도에 올리기(실무)

공동 매핑 항목:

• 회전 곡선 플래토의 높이와 반경 방향 길이
• 약/강 렌즈 수렴 등고선(κ)의 신장 방향과 중심 치우침
• 가스 속도장의 전단 스트라이프와 비가우시안 날개
• 라디오 헤일로/유물의 확산 세기와 방향성
• 장기 전단의 지표인 편광/자기장 선의 방향

공동 매핑 기준:

• 공간 정합: 위 항목들이 병합 축·바 축·나선팔 접선 방향을 따라 공위치·공방향을 보입니다.
• 시대 정합: 활동기에는 먼저 텐서 국소 잡음이 올라가고, 이후 수천만–수억 년에 걸쳐 통계 텐서 중력이 강화되며 플래토가 높아지고 길어집니다. 정온기에는 순서가 반대입니다.
• 대역 횡단 일관: 매질 분산을 보정하면 플래토와 잔차의 방향은 관측 대역을 넘어 일치합니다. 방향을 정하는 주체가 텐서 지형이기 때문입니다.

VI. 검증 가능한 예측(관측·적합으로의 구현)

1. P1 | ‘잡음이 먼저, 상승은 나중’(시간 순서)
   예측: 스타버스트·병합 후에는 텐서 국소 잡음에 따른 확산 라디오 배경이 선행 상승하고, 수천만–수억 년 스케일에서 통계 텐서 중력이 세지며 플래토의 높이와 반경이 증가합니다.
   전략: 다중 에포크·다중 링을 함께 적합하여 배경 상승과 플래토 심화/신장의 지연을 측정합니다.
2. P2 | 환경 의존(공간 패턴)
   예측: 강한 전단 방향이나 병합 축을 따라 플래토가 더 길고 높으며, 속도장의 ‘입자감’이 두드러집니다.
   전략: 바 축·병합 축을 따라 섹터 회전 곡선과 확산 프로파일을 추출해 비교합니다.
3. P3 | 공동 매핑 기반 교차 검증(멀티모달)
   예측: κ 등고선의 장축, 속도 전단의 피크, 라디오 스트릭, 주요 편광 방향이 정렬됩니다.
   전략: 네 지도를 동일 좌표계에 등록하고 벡터 코사인 유사도로 통계합니다.
4. P4 | 외곽 원반의 스펙트럼 형상
   예측: 외곽 속도 잔차의 파워 스펙트럼은 중·저주파에서 완만한 기울기를 보이며, 텐서 국소 잡음의 광대역·저코히어런스 특성과 부합합니다.
   전략: 잔차 스펙트럼의 피크·기울기를 확산 라디오 배경과 대조합니다.
5. P5 | 적합 흐름(매개변수 경제)
   단계:
   • 광도·가스로부터 가시 물질이 만드는 기초 내부 경사에 대한 사전분포를 둡니다.
   • 항성 형성률, 병합 지표, 바 강도, 전단으로 통계 텐서 중력의 진폭·스케일 사전분포를 둡니다.
   • 확산 라디오의 세기·텍스처로 텐서 국소 잡음이 유발하는 확장에 대한 사전분포를 둡니다.
   • 소수의 공통 매개변수로 전체 회전 곡선을 적합하고, 렌즈·속도장과의 공동 매핑으로 검증합니다.
     목표: 대상별 ‘외피’ 미세조정이 아니라, 하나의 매개변수 집합으로 다중 데이터 양식을 함께 설명합니다.

VII. 직관적 비유

뒷바람을 받는 차량 행렬. 엔진은 가시 가이드를, 뒷바람은 통계 텐서 중력을, 노면의 작은 요철은 텐서 국소 잡음을 뜻합니다. 뒷바람은 거리에 따라 서서히 약해지지만 속도를 지탱합니다. 관리 대상은 스로틀(공급), 노면 상태(전단·활동도), 뒷바람 지속성(가산 경사 진폭)입니다.

VIII. 기존 해석과의 관계

• 다른 설명 경로: 초과 인력을 보이지 않는 새 물질로 돌리기보다, 매질의 통계적 응답으로 재정식화합니다. 곧, 통계 텐서 중력의 매끈한 가산 경사와 텐서 국소 잡음의 저진폭 텍스처의 합입니다.
• 자유도 축소: 가시 공급, 장기 교반, 그로 인한 텐서 바이어스라는 세 동원이 결과를 좌우하여, 대상별 미세조정을 줄입니다.
• 하나의 지도, 여러 투영: 회전 곡선, 중력 렌즈, 가스 운동학, 편광은 같은 텐서 지형의 서로 다른 투영입니다.
• 포용적 접근: 훗날 새로운 성분이 발견되더라도 미시적 공급원으로 포함할 수 있습니다. 회전 곡선의 주요 특징에는 매질의 통계 효과만으로도 일관된 적합이 가능합니다.

IX. 결론

하나의 텐서 지형이 외곽의 평탄 플래토, 두 개의 촘촘한 관계, 뾰족/코어 중심의 공존, 미세 텍스처 차이를 동시에 설명합니다.

• 가시 물질이 기초 내부 경사를 형성합니다.
• 통계 텐서 중력이 그 위에 지속적이며 완만히 감쇠하는 가산 경사를 더해 외곽 속도를 지탱하고, 속도 스케일을 가시 질량에 연동합니다.
• 텐서 국소 잡음이 저진폭 ‘입자감’을 얹되, 전체 플래토는 바꾸지 않습니다.

요약하면: 논점은 ‘보이지 않는 물질을 얼마나 더할 것인가’에서 ‘같은 텐서 지형이 어떻게 지속적으로 재형성되는가’로 이동합니다. 매질 기반의 통합 메커니즘 아래에서 플래토, 촘촘한 관계, 중심 형태, 환경 의존성은 하나의 물리 과정이 보이는 여러 얼굴입니다.