암흑 물질이란? 풀리지 않은 질문들을 함께 알아보자

 

DARK MATTER. 암흑물질이 뭐야?

 

1930년대, 스위스 천문학자인 Fritz Zwicky는 먼 은하단에서 은하들이 그들이 가지고 있는 가시적인 질량을 감안할 때보다 훨씬 빠르게 서로를 공전하고 있다는 것을 알아챘습니다. 그는 보이지 않는 물질, 그는 이를 '암흑물질'이라고 부르며, 이것이 이러한 은하들에 중력적으로 작용하고 있을 수 있다고 제안했습니다.

그 이후로, 연구자들은 이 신비한 물질이 우주 곳곳에 존재하며, 별이나 사람들과 같은 평범한 물질을 구성하는 일반 물질보다 6배나 더 풍부하다는 것을 확인했습니다. 그러나 암흑물질이 우주 곳곳에서 보이는 것에도 불구하고, 과학자들은 대부분 여전히 이에 대해 고민하고 있습니다.

 

오늘은 암흑물질에 대한 5가지 질문에 대한 정보를 알아보려 합니다. 다음 차례에 올릴 글에서 나머지 질문 6가지를 이어가보겠습니다.

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1. 암흑물질이란 무엇인가?

암흑물질에 대한 정확한 정의와 이해는 과학계에 여전히 미지의 영역입니다. 과거에는 일부 과학자들이 우주의 누락된 질량 작은 별이나 블랙홀 같은 희미한 천체로 구성되어 있다고 추측했습니다. 그러나 이렇게 추측한 천체들을 통해 암흑물질의 존재와 그 영향을 설명하는데는 한계가 있었습니다.

 

지금으로서는 암흑물이 '약히 상호작용하는 대질량 입자'(WIMP)일성이 가장 높다고 생각하고 있습니다. 이는 중성자 유사한 동작을 하지만, 프로톤보다 약 10배 100배 무거운 가상의 입자를 의미합니다. 그러나 이 가설조차도 더 많은 질문을 끌어낼 수 있는데, 그것이 바로 암흑물질의 실체에 대한 명확한 이해를 얻기 위한 다음 단계입니다.

 

2. 암흑물질을 감지할 수 있을까?

만약 암흑물질이 WIMP로 이루어져 있다면, 이들 입자는 보이지 않을 뿐만 아니라 거의 감지되지 않을 것으로 예상됩니다. 그렇다면 우리는 왜 아직 이들 입자를 찾지 못했을까요?

 

이는 암흑물질 입자가 우주를 통해 이동하면서 일반적인 입자인 프로톤이나 전자와 충돌할 가능성이 있음에도 불구하고, 우리의 기술적 한계 때문입니다. 연구자들은 지하 깊숙한 곳에서 방사선으로부터 보호받아 암흑물질 입자 충돌을 검증하려는 시도를 해왔습니다. 그러나 수십 년간의 탐색 끝에도 불구고, 아직까지는 신뢰할만한 암흑물질의 감지 결과를 얻지 못했습니다.

 

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3. 암흑물질은 하나 이상의 입자로 구성되어 있을까?

우리가 일반적으로 알고 있는 물질은 프로톤, 전자, 중성미자, 뮤온, 파이온 등 다양한 입자들로 구성되어 있습니다. 이처럼 복잡하게 구성된 일반 물질을 바탕으로, 일부 연구자들은 우주의 대부분을 차지하는 암흑물질 또한 복잡한 구조를 가질 수 있다는 가설을 제시하고 있습니다.

 

일부 연구자들은 우주의 물질의 85%를 차지하는 어두운 물질도 이처럼 복잡하게 구성되어 있을 수 있지 않을까 생각하고 있습니다. "우주의 모든 어두운 물질이 하나의 입자로 구성되어 있다고 가정할 충분한 이유가 없다."라고 하버드 대학의 물리학자인 Andrey Katz 박사는 말하기도 했습니다.

어두운 프로톤은 어두운 전자와 결합하여 어두운 원자를 형성하며, 이는 볼 수 있는 세계에서 발견되는 것처럼 다양하고 흥미로운 구성을 만들어낼 수 있습니다. 이러한 제안은 물리학 연구실에서 점점 더 상상되고 있지만, 이를 확인하거나 부정하는 방법을 찾는 것은 지금까지 과학자들에게 여전히 미궁 속입니다.

4. 암흑힘이 존재할까?

암흑물질의 복잡성을 고려하면, 암흑물질이 일반 물질이 느끼는 힘과 유사한 힘을 느끼는 '암흑힘'이 존재할 수 있습니다. 일부 연구자들은 이러한 암흑힘의 존재를 증명하기 위해 암흑포톤을 찾아보고 있습니다. 암흑포톤은 일반 물질 사이에서 전자기력을 일으키는 포톤과 유사하지만 암흑물질 입자에게만 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

 

이탈리아의 물리학자들은 암흑포톤의 존재를 입증하기 위해 전자와 그 반대편 입자인 양전자를 다이아몬드에 충돌시키는 실험을 준비하고 있습니다. 만약 암흑포톤이 존재한다면, 이 충돌로 인해 암흑포톤이 생성되고, 이것이 우주의 새로운 영역을 열어줄 수 있을 것입니다.

 

 

5. 암흑물질은 액시온으로 이루어져 있을까? 액시온으로 만들어질 수 있을까?

WIMP에 대한 물리학자들의 관심이 줄어들면서, 암흑물질의 후보로서 액시온이 주목받기 시작했습니다. 액시온은 가상의 입자로, 매우 가벼운 질량을 가질 것으로 추정됩니다. 프로톤의 질량의 10의 31승분의 1보다도 작을 수 있을 것으로 예상되며, 이런 액시온들이 별과 유사한 객체를 형성할 수 있다는 가설이 제기되었습니다.

 

이 가설에 따르면, 이런 액시온이 형성하는 별과 유사한 객체는 빠른 라디오 폭발이라는 신비한 현상과 유사한 탐지 가능한 복사선을 발생시킬 수 있을 것으로 보입니다.

 

 

암흑물질에 대한 질문들 2탄

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암흑 물질에 대한 질문 2탄 DARK MATTER