우주와 관련된 다크 매터와 다크 에너지는 무엇일까요?
우주와 관련된 다크 매터와 다크 에너지는 무엇일까요? 이들이 우주에서 어떤 역할을 하는지, 지금까지 알려진 것은 어떤 특징이 있는지 알 수 있을까요?
2개의 답변이 있어요!안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
1. 다크 매터: 다크 매터는 보통의 물질과는 다른 형태의 물질로, 직접적으로 관측되지 않는 것을 말합니다. 그러나 다크 매터의 존재는 중력 작용을 통해 간접적으로 확인됩니다. 우주의 물리적 구조와 은하의 운동 등을 설명하기 위해 다크 매터의 존재가 필요합니다. 현재까지 다크 매터가 무엇으로 이루어져 있는지는 정확히 알려지지 않았습니다.
2. 다크 에너지: 다크 에너지는 현재 우주의 가속팽창을 설명하기 위해 도입된 개념입니다. 다크 에너지는 우주의 공간에 존재하는 것으로 추정되며, 중력과는 반대로 밀도가 음수인 특수한 형태의 에너지입니다. 다크 에너지는 우주의 가속된 팽창을 설명하는 데 필요한 추가적인 에너지원으로 간주됩니다. 그러나 다크 에너지의 정체나 원리는 아직까지 잘 이해되지 않고 있습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
암흑물질의 개관>
암흑물질이란 말 그대로 눈에 보이지 않는 물질입니다. 어떻게 이런 현상이 발생하는가? 천문학을 연구함에 있어서 단서라고는 오직 천체에서 오는 빛뿐입니다.. 만약 어떤 물체가 빛(광자)를 방출하지 않는다면 우리는 그 존재를 알 수가 없습니다. 하지만 그 물체에 질량이 있다면 어떤 중력적인 작용을 할 것이고 우주의 진화(오메가)나 은하의 진화에 영향을 미치게 될 것입니다.
따라서 현대의 천문학에서는 암흑물질의 존재가 중요한 화두입니다.
과연 암흑물질의 후보들에는 어떤 것들이 있으며 어떻게 그 존재를 알 수 있고 그 존재로 인한 의미가 무엇인가 알아보도록 하겠습니다.
<암흑물질의 존재>
우리 은하는 나선은하이고 태양은 은하의 중심을 초당 약 220km정도로 회전하고 있습니다. 그러면 우리는 케플러제3법칙을 통해서 태양궤도 안쪽에 있는 질량을 예측할 수가 있습니다.
M + Msun = a / P
여기서 M은 태양 궤도 안쪽의 은하질량이며 a는 장반경, P는 주기입니다. 회전속도와 태양중심에서의 거리를 알고 있으니까 우리는 M을 결정할 수 있습니다.
그리고 이와 비슷하게 우리 은하 가장 바깥쪽 헤일로에 있는 수소가스등을 측정하면 우리 은하 전체의 질량을 구할 수 있습니다.
그런데 문제는 이렇게 구한 은하의 질량이 우리가 눈으로 볼 수 있는 별들의 질량을 다 합한 것 보다 훨씬 크다는 것입니다. 눈에 보이는 것들의 질량은 전체의 10%정도밖에 안된다는 놀라운 결과가 나왔습니다.
여기에서 우리 은하에 암흑물질의 종류를 추정할 수가 있습니다.
이렇게 우리 은하말고도 외부은하에서도 그 존재가 예측이 됩니다. 일반상대성이론이 예견한 현상중에 중력렌즈효과라는 것이 있습니다. 이것은 질량이 있는 곳에서 중력의 영향으로 공간이 휘는 현상 때문에 우리에게 더 밝게 보이거나 경로차이가 나거나 상이 여러개로 보이는 현상입니다.
퀘이사 관측시 앞에 있는 다른 은하의 영향으로 중련렌즈 현상이 보인다는 것이 관측되었고 그로 인해 유추한 질량이 역시 훨씬 크다는 것을 알게 되었습니다.
<암흑물질의 후보들>
아마도 대부분의 사람들이 쉽게 블랙홀을 생각할 것입니다. 블랙홀의 경우 큰 질량을 가지고 있고 광자마저 흡수하니까 우리에게 직접적으로 관측되지 않습니다. 다만 블랙홀이 다른 별들을 흡수할 경우 생기는 회전하는 가스의 원반으로부터 나오는 X-ray등으로 간접적으로 존재를 알 수 있습니다.
1. MACHO (Massive Compact Halo Object)
이의 주된 후보는 갈색왜성(brown dwarf)입니다. 갈색왜성이란 핵융합을 하지 못하는 그래서 스스로 빛을 내지 못하는 물체입니다. 별이 태양 질량의 0.08배정도 이하가 되면 중심의 온도가 충분하지 못해서 핵융합을 하지 못합니다. 목성이 그 좋은 예라고 할 수 있죠. 만약 이러한 갈색왜성이 은하에 충분히 많은 수가 존재한다면 암흑물질의 후보가 될 수 있을 것입니다.
2. 블랙홀, 중성자별, 백색왜성 등(Black hole, Neutron star, White dwarf)
이것들은 다 별의 진화가 끝나고 남은 것들입니다. 별의 질량에 따라서 그 종말이 다른데 이것들 또한 빛을 내지 않으므로 암흑물질의 중요한 후보가 됩니다. 자세한 것은 별의 진화를 참조하세요
3. 중성미자(뉴트리노, neutrino)
중성미자는 우주초기에서 또는 현재의 초신성 폭발에서 많은 양이 발생합니다. 현대 물리학에서는 질량이 zero이고 광속으로 움직인다고 생각되지만 아주 조그만 질량을 가지고 있다고도 생각되기도 합니다.
그 숫자가 워낙 막대하기 때문에 아주 조그만 질량만 가지고 있어도 우주 전체의 질량에 큰 영향을 끼칠 수 있는 입자입니다.
4. WIMPS (Weakly Interactive Massive Particles)
이것은 우주 초기에서 살아남았을 것이라고 생각되는 가상의 입자입니다. 질량은 원자정도라고 생각되고 매우 느리게 움직이며 중력 외에는 다른 물체와의 상호작용이 거의 없기 때문에 검출이 어렵습니다.
이 또한 많은 숫자로 암흑물질의 후보로 떠오르고 있습니다.
<암흑물질 탐사를 위한 노력>
헤일로 부근 또는 은하 중심부근에서 갈색왜성을 찾기 위한 노력이 계속되고 있습니다. 그것은 마이크로 중력렌즈효과(Micro gravitational lensing)의 검출로 그 존재를 알 수 있습니다. 현재까지의 수십개 정도의 발견이 있지만 그 양이 예측보다 부족합니다.
그리고 뉴트리노나 WIMPS의 경우 그 약한 상호작용 때문에 지하 깊은 곳에 거대한 검출장치를 만들어 놓고 걸리기 만을 기다리고 있습니다. 저번 초신성 폭발 때 몇몇 뉴트리노가 검출된 적이 있습니다.
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