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천문학

암흑물질을 밝혀내려는 여러가지 연구들

모두의동네친구 2020. 9. 4. 12:44

암흑물질은 우주에 널리 분포하는 물질로서, 전자기파 즉 빛과 상호작용하지 않으면서 질량을 가지는 물질입니다. 암흑 물질의 존재는 그 중력적인 효과를 통해 유추할 뿐 정확한 성질과 정체는 알려지지 않아 이를 검출하려는 여러가지 실험들이 활발히 진행되고 있죠. 애드혹가설이란 어떤 이론이나 학설을 반박하는 사실을 설명하기 위해 임시로 만들어낸 가설이죠. 실제 천문학자 도널드 사리는 2012년 뉴턴 법칙이 은하 구조와 회전 곡선에 관한 이론에 잘못 적용되었을 가능성을 제시했습니다. 도널드 사리가 지적한 모형에서 의심할 만한 측면은 크게 두 가지였습니다. 하나는 모든 별의 궤도를 원으로 간주한다는 가정이었고, 다른 하나의 별의 수프 모형에 관한 의심이었습니다. 간략하게 별의 수프 모형에 관해 설명드리도록 할게요. 이것은 모든 별은 원형 궤도를 돌고 중심에서 같은 거리에 있는 별들은 같은 속도로 은하를 공전한다는 가정에서 출발했습니다. 벌써 가정 속에 모든 별은 원형 궤도를 돈다는 가정이 포함되어 있네요. 이렇게 은하의 움직임에 관한 모형을 만들면 뉴턴과 케플러의 법칙에 의해 별들의 움직임을 깔끔하게 유도해낼 수 있답니다. 하지만 이 모형에는 결정적인 단점이 하나 있죠. 바로 그것은 은하 껍질에 존재하는 별들의 효과는 배제했다는 것입니다. 즉 물리학에서 가장 난제로 꼽는 대상중 하나인 'N체 문제', 즉 3개 이상의 천체가 상호작용을 할 때 일어나는 카오스는 고려하지 않았다는 것입니다. 또한 실제로 원 궤도로 천체가 움직이지 않을 수도 있다는 한계도 가지고 있습니다.

암흑물질이 정확히 어떤 물질인지에 대해 밝히는 연구는 계속되고 있습니다. 많은 과학자들은 아직 암흑물질은 우리가 관측할 수 없는 새로운 입자라고 이야기합니다. 후보물질로는 WIMP, 액시온, 비활성 중성미자, 블랙홀 등이 있습니다. 이 중 유력한 후보물질인 WIMP는 약하게 상호작용하는 무거운 가상 입자고, 액시온은 약하게 반응하는 가벼운 가상 입자입니다. 비활성 중성미자는 중력에만 반응하는 가상입니다. 공통점은 모두 가상입자라는 사실이네요. 한편, 2018년 한국 국제 연구팀이 20년 전 이탈리아 실험팀이 포착한 신호가 WIMP 신호가 아닌 것으로 밝혀내 큰 화제가 되기도 하였습니다. 이렇게 끊임없는 연구를 통해서 언젠가는 암흑물질의 정체를 밝힐 수 있지 않을까요?

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