암흑물질? 암흑에너지? 무슨 흑마술 같이 뭔가 무시무시한 것 아닐까? 생각 드시지는 않나요?
최근 연구로 알려진 암흑물질이라는 것이 있습니다. 이 암흑물질이라는 것은 우주 공간의 검은 물질을 말하는 걸까요? 암흑물질은 그 색을 가지고 말하는 것이 아닌 밝혀지지 않은 물질이란 말로 다르게 말할 수 있습니다.
1. 암흑 물질이란?
암흑물질은 눈에는 보이지 중력을 통해서 그 존재는 유추할 수 있으나 관측도구나, 천체 장비로 전혀 관측되지 않는 미스터리 한 물질을 총칭하는 것입니다. 하나의 가설은 쿼크 덩어리라는 가설이 있는데 이는 원시 블랙홀, 비활성 뉴트리노, 혹은 원자가 되지 못하고 남은 것이라는 설입니다.
현재 우주의 구성은 암흑 에너지 69%, 암흑 물질 26%, 관측 가능한 물질 5%로 구성되어 있을 것으로 추정됩니다, 한마디로 우리가 보고 있는 우주는 5%이며 나머지 95%는 다른 물질로 이루어졌다는 것인데 실제 그 95%의 총량만 추정할 뿐 전혀 그 정체를 밝히지 못하고 있는 실정입니다.
질량을 가진 입자에서는 중력장이 생성됩니다. 그러하기 때문에 중력을 가진 물질의 중심에는 그 중력만큼의 질량을 가진 물질이 존재해야 합니다. 그러나 실제 우주에서는 측정되는 중력의 양을 설명할 충분한 양의 질량이 탐지되지 않는 경우가 아주 자주 있으며, 이러한 것은 마치 관측이 불가능한 어떠한 질량이 우주에 매우 널리 퍼져 있는 듯한 양상을 보이고 있습니다. 이러한 미스터리 한 정체불명의 질량에 대해 암흑물질이라는 이름이 임시로 붙여 놓았습니다. 한마디로 실제 관측되지 않은 가상의 물질이라고 정의할 수 있습니다.
2. 암흑물질 존재의 증거
암흑물질 존재의 근거는 은하의 회전에서 찾아볼 수 있는데 별의 운동에서 케플러의 법칙에서는 회전하는 것의 중심으로부터 거리가 멀어질수록 공전 속도는 느려지는 것이 관측되는데, 이는 우리 태양계에서도 나타나며 태양과 가장 가까운 수성이 멀리 있는 해왕성의 공전 속도 보다 빠른 것만 봐도 알 수 있는 대목입니다.
우리 은하의 구조 또한 중심부로 갈수록 별들의 밀도가 증가하며, 대부분의 질량이 안쪽에 분포해 있습니다. 그러나 우리 은하를 공전하고 있는 별들의 실제 움직임을 분석해서 계산해 보면 외곽 궤도에 있는 별들의 공전 속도가 내부의 공전 속도와 비슷하거나 더 빠르게 측정되기도 합니다. 이러한 것은 우리 은하 외곽에 별들의 질량을 압도할 정도로 많은 양의 질량이 존재하지 않으면 설명할 수 없는 것입니다.
3. 암흑물질의 구성
그러면 이러한 암흑물질은 대체 무엇일까요? 여기서 암흑물질의 후보로 거론되고 있는 물질이 있습니다. 처음에는 빠르게 움직이는 물질인 중성미자가 뜨거운 암흑물질(HDM)로서 가장 강력한 암흑물질 후보였으나 연구 결과 너무나 빠르게 움직이는 관계로 은하 형태가 만들어지지 못한다는 사실이 알려지면서 후보에서 제외되었습니다. 이후 중간 정도 크기의 소립자(WDM)와 무겁고 느린 소립자(CDM)가 현재 강력한 후보 중 하나로 간주하고 있습니다. 암흑물질은 우주에 존재하는 질량 대부분을 차지하는데 이들은 서로 중력을 미쳐 우주의 팽창을 억제한다고 알려져 있습니다.
예전에는 우주 전체의 물질 질량을 알아내면 이것으로 우주의 나이와 우주의 운명을 알 수 있을 것이라 생각했었지만, 우주의 팽창을 가속하는 요소인 암흑에너지의 존재가 밝혀짐에 따라 암흑 에너지, 암흑 물질의 질량을 알아야 우주의 운명을 알 수 있게 됩니다.
우주는 빅립, 빅 프리즈 등으로 끝날 것으로 예상되는데, 빅 립은 우주 공간이 과도한 팽창력으로 모든 것이 원자 단위로 산산조각이 나는 것을 말하고, 빅 프리즈는 우주 공간의 밀도가 일정 수준 이하일 경우 공간 팽창이 지속하여 절대 영도가 되는 것을 말합니다.
미지의 우주를 풀 열쇠는 미스테리한 암흑물질의 연구에서 시작된다고 해도 과언이 아니게 되었습니다.
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