암흑물질은 우주 관측시 어떻게 존재하는지 알 수 있는건가요?

Question

우주에는 직접적으로 볼수는 없지만 암흑물질이 있다고 들었는데요.

그렇다면 제임스웹 또는 허블망원경등으로 우주 관측시 이 암흑물질이 있다는것을 어떻게 알 수 있는지 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

암흑물질은 우주 공간을 가득 채우고 있지만, 직접적으로 관측되기 어려운 입자들로 이루어진 물질입니다. 따라서, 우주 관측에서는 암흑물질이 존재하는 것을 간접적으로 추론하는 방법이 사용됩니다.

우주에서 암흑물질의 존재를 추론하기 위해 사용되는 방법 중 하나는 중력 상호작용입니다. 암흑물질은 질량을 가지고 있으며, 그 질량에 의해 우주의 다른 물체들에게 중력적인 영향을 미치게 됩니다. 이를 통해, 암흑물질이 존재하는 지역에 위치한 은하들의 운동을 관측하여 암흑물질의 분포를 추정할 수 있습니다.

또한, 우주의 초기 상태에서 일어난 소리나 파동의 진동 패턴도 암흑물질의 존재를 추론하는 데 사용됩니다. 빅뱅 이후 우주 초기 상태의 밀도 패턴이 형성될 때, 암흑물질도 함께 영향을 미치게 됩니다. 이러한 밀도 패턴은 우주 전체에서 일어나는 소리나 파동의 진동패턴으로 나타날 수 있습니다.

Answer 2

우주를 구성하는 요소는 현재까지 알아낸 바로는 보통물질, 암흑물질, 암흑에너지의 3종류입니다. 보통물질은 가시광선이나 적외선, 전파 등의 전자기파를 이용하여 그 존재를 확인합니다. 암흑물질은 보통물질과는 달리 전자기파로 관측되지 않습니다. 암흑물질은 암흑물질이 작용하는 중력효과를 이용해서 그 존재를 확인합니다. 중력렌즈 효과가 대표적입니다. 우리은하의 회전속도를 나타내는 회전곡선으루살펴보아도 암흑물질의 존재를 알 수 있습니다. 우리은하의 중심부로부터 멀어질수록 보통물질의 양이 적어져 회전속도가 느려져야 하지만 실제 관측결과는 예상한 것보다 매우 빠릅니다. 이를 통해 우리은하의 나선팔에는 암흑물질이 꽤 많이 분포하고 이들의 인력으로 인해 회전속도가 예상보다 빠르다고 합니다. 암흑에너지는 우주가 팽창속도가 점점 빨라지는 가속팽창을 한다는 사실을 설명하기 위해 도입된 개념입니다. 보통물질과 암흑물질은 둘 다 물질이기 때문에 인력을 작용하여 우주의 팽창을 막는 효과를 주는데, 이 효과보다 팽창하는 정도가 더 크다는 사실로부터 척력으로 작용하는 암흑에너지의 존재가 필요합니다.