암흑 물질이 무엇인지 추적하는 실험이 어디까지 진행되고 있나요?
우주 천체들 사이의 빈 공간이 사실은 암흑 물질로 가득 차 있다고
하는 기사를 본 적이 있는데,
우주의 대부분을 차지하는 있다는 이 암흑 물질의 정체를 추적하는
실험은 어디까지 진행되고 있나요?
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
우주의 빈 공간이 암흑 물질로 가득 차 있다는 기사를 보셨군요. 암흑 물질은 현재까지도 우주 공간의 대부분을 차지하고 있지만 그 정체는 아직까지도 밝혀지지 않은 미스터리입니다. 따라서 많은 과학자들이 이 암흑 물질을 추적하고 그 정체를 밝히기 위해 노력하고 있습니다.
현재까지 암흑 물질을 추적하는 실험은 다양한 방법으로 진행되고 있습니다. 대표적으로는 우주 망원경을 이용한 관측 실험과 지구 내부에서 진행되는 입자 물리 실험이 있습니다. 우주 망원경을 이용한 관측 실험은 우주 공간에서 발생하는 광학적 현상을 관찰하여 암흑 물질의 존재를 추론하는 방식입니다. 그리고 지구 내부에서 진행되는 입자 물리 실험은 암흑 물질 입자를 발견하거나 그 흔적을 찾는 방식으로 진행됩니다.
하지만 아직까지도 암흑 물질의 정체를 밝히는 데에는 실패하고 있습니다. 따라서 많은 과학자들이 더욱 정교한 실험을 진행하고 있으며 앞으로도 계속해서 이 미스터리를 해결하기 위한 노력을 기울일 것입니다. 감사합니다.
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만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
암흑물질(暗黑物質, dark matter)은, 중력을 통해 우주에 존재한다는 것을 간접적으로 유추할 수 있지만, 전자기파를 비롯한 다른 수단으로는 전혀 관측되지 않는 수수께끼의 물질이다.
원시 블랙홀, 비활성 뉴트리노, 혹은 원자가 되지 못하고 남은 쿼크 덩어리[2] 심지어는 그저 인류가 발견하지 못한 갈색왜성, 비활동 블랙홀과 같은 어두운 천체들이 전체 질량에서 누락된 결과라는 등의 다양한 가설이 제시되고 있으나 모두 각자 허점이 존재하는 탓에 아직까지 정체가 밝혀지지 않고 있다.
암흑 물질과 암흑 에너지는 무엇일까?[3]
중력장은 중력원인 질량을 가진 입자만이 생성할 수 있다. 그러므로 물질 및 전자기파가 상호작용하는 중력장의 중심에는 반드시 그에 상응하는 양의 질량이 중력원으로서 존재해야 한다. 심지어 강한 중력으로 일정 거리 내의 물질과 전자기파를 삼켜버리기에 내부 관측이 되지않는 블랙홀조차도 경계면에서 빨려들어가는 물질로부터 다양한 파장이 방출되는 것이 관측되기에 그 질량을 추정 가능하다. 그러나 우주에는 중력장과 그 영향만 관측될 뿐 그 중력원의 존재를 증명하는 어떠한 파장도 관측되지 않는 경우가 엄청나게 많으며, 이러한 불일치는 마치 관측이 아예 불가능하기라도 한듯한 모종의 물질이 우주에 매우 널리 퍼져 있는 듯한 양상을 보이고 있다. 이러한 현상을 설명하기 위해 암흑물질이라는 개념이 제시되었다. '암흑'이라는 이름은 중력으로 인한 시공왜곡 외에는 존재한다는 증거가 전혀 없으므로 아직 그 정체를 알 수 없기 때문에 임시적으로 붙은 이름이다. 실제로 이론의 형성에 있어 실증 여부를 매우 중요하게 생각하는 보수적 과학자들은 질량실종문제(Missing Mass Problem)라고 부르기도 한다. 직접적으로 관측되거나 그 성질이 규명된 것이 아무것도 없는데 물질이라고 부르기에는 아직 시기상조라는 것이다.
암흑물질이라는 아이디어 자체가 전자기파 등의 관측으로부터 유추한 질량과 중력으로 측정된 질량 간의 괴리에서 출발한 만큼, 단순한 측정오차에서 기인한 것이 아닌가 하는 생각을 해 볼 수도 있다.[4] 하지만 그렇게 생각하기에는 관측되지 않는 질량이 이상할 정도로 많고, 대부분의 관측 결과에서 꾸준하게 이러한 불일치가 발견되고 있다. 중력을 통해 추정한 우주에 존재해야 하는 물질의 총량은 전자기파 관측을 통해 추정되는 일반 물질 총량의 6배에 달한다. 즉, 우주에 분포하는 암흑물질의 양은 관측 가능한 물질보다 훨씬 많다. 우리 은하나 안드로메다 은하 등의 은하들은 저마다 자신 질량의 수십 ~ 수백 배에 달하는 암흑물질에 둘러싸여 있을 것으로 추정되며, 은하의 규모가 클수록 더 많은 암흑물질을 가지는 것으로 알려져 있다.
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