암흑물질의 역사2

저번 시간에는 암흑물질의 역사에 대해서 설명을 해드렸는데요 이번 시간에는 암흑물질의 역사와 특징에 대해 설명해 드리겠습니다

암흑물질

<암흑물질의 역사> 베라 루빈(Vera Rubin)

1970년 천문학자 베라 루빈(Vera Rubin)도 똑같이 안드로메다를 비롯한 다양한 은하들을 관측하게 됩니다 또한 은하 중심부터 은하 바깥까지 별들의 속도분포를 쭉 관측을 하게 됩니다

 

이것을 통해 대부분의 은하들 속에는 눈에 보이는 것보다 보이지 않는 질량이 "평균 10배가 더 많다는 것이었습니다" 우리 우주를 채우고 있는 대부분의 질량은 우리가 눈에 보이는 (별, 행성, 가스구름 등) 일반적인 물질이 아니라 눈에 보이지 않는 Invisible matter가 우주의 대부분을 차지하고 있다고 정의를 하게 됩니다 그리고 보이지 않는 질량, Invisible matter가 지금 현대로 와서 암흑물질, Dark matter로 굳어지게 되었습니다

 

블랙홀은 암흑물질일까?

오랫동안 천문학자들은 암흑물질이 블랙홀 아니면 어둡게 식어버린 어린 별 또는 행성, 소행성 이런 천체들이 우주의 암흑물질에 해당하는 추가 질량을 채우고 있지 않을까라고 생각하고 있었습니다

 

이걸 영어로 Massive Compact Halo Object라고 합니다 우리말로 풀어쓰면 은하 헤일로 공간을 떠돌고 있는 무겁고 압축된 물체들(블랙홀, 행성)들이 암흑물질의 효과를 설명할 수 있을지를 계속 관측해 나갔습니다

 

아무리 행성이나, 소행성 천체들을 많이 발견해도 우리가 필요한 암흑물질의 전체 양의 겨우 2%만 설명할 수 있습니다 블랙홀, 행성, 천체들 등은 암흑물질이라고 볼 수가 없었던 것입니다

 

암흑물질의 특징

암흑물질은 일반적인 물질과 어떠한 상호작용을 하지 않습니다 하지만 일반적인 가스들은 압축을 하고 서로 충돌합니다 입자끼리 충돌하면 온도가 올라가고 뜨거워지고 빛을 내고 밝게 빛나고 합니다 하지만 암흑물질은 서로 충돌하여도 그 어떤 빛도 방출하지 않고 아무런 흔적을 남기지 않습니다

 

암흑물질이 우주에 끼친 영향

오직 중력에만 반응하기 때문에 아무리 높은 밀도로 모여도 터지거나 뜨거워지거나 가열되지 않습니다 예를 들어 빅뱅 직후 우주 공간에 암흑물질 없이 가스 물질만 있다면 생기는 일에 대해서 설명해 보겠습니다 가스 물질도 처음에는 중력 때문에 서서히 반죽이 되고 모이기 시작합니다

 

하지만 가스 물질은 평균보다 높은 밀도로 뭉쳐지게 되면 뜨거워지고, 높은 온도 때문에 팽창하려는 모습을 보이게 됩니다 이렇게 되면 더 높은 밀도까지 반죽이 될 수가 없습니다 결국 뭉쳐지려고 하다가 온도가 높아지는 바람에 그냥 터지는 경우가 많습니다 

 

하지만 태초에 존재했던 암흑물질들은 중력만 바라보며 꾸준하게 밀집될 수 있었습니다 꾸준하게 밀집되면 암흑물질들은 더 높은 밀도로 우주 거대 구조에 골격을 만들게 됩니다

 

또한 암흑물질이 높은 밀도로 강한 중력을 생성해 놓으면 그 강한 중력에 주변에 떠돌고 있던 가스 물질이 안정적으로 모이게 됩니다 이렇게 가스 물질이 모이게 되면 높은 밀도로 별과 은하를 만들게 됩니다

 

만약 암흑물질이 없었다면 지금 같이 복잡하고 아름다운 우주가 생성되기까지 지금 우주의 나이보다 더 긴 시간이 필요했을 겁니다 또한 암흑물질이 있었기 때문에 우주가 이 정도로 빠르게 진화할 수 있었다고 추정되고 있습니다

 

태양계 암흑물질

암흑물질은 은하계 원반에도 존재하고, 은하 바깥 헤일로 공간에도 암흑물질이 존재합니다 당연히 은하 원반상에 놓여있는 태양계에도 암흑물질은 존재할 것입니다 하지만 암흑물질의 밀도 자체는 그렇게 높지 않습니다 은하 헤일로가 워낙 크기 때문에 은하가 품고 있는 암흑물질의 전체 양이 무거운 것이지 밀도 자체는 크지 않습니다

 

암흑물질 존재를 반대하는 과학자들

빛을 내지 않고 빛과 상호작용도 하지 않는 미지의 물질이 우주 공간에 있다는 사실을 믿지 않았습니다 그래서 다른 대안 이론을 가지고 오게 되는데 이것을 수정 뉴턴 역학이라고 부릅니다 수정 뉴턴 역학은 태양계 정도 공간에서 거리가 멀어지면 거리 제곱의 반비례해서 중력이 약해지게 됩니다 중력이 작용하는 정도가 거리 스케일에 따라 달라질 수 있다는 대안 이론을 들고 온 것입니다

 

총알 은하단

2000년에 2개의 은하단이 빠른 속도로 정면충돌하게 됩니다 이 현상을 총알 은하단이라고 부릅니다 충돌 전에는 원래 각 은하단에 암흑물질이 있고 그 중심에는 가스 물질을 품고 있었는데 어느 날 은하단이 정면충돌하게 됩니다 정면출동하면서 가스 물질은 충돌 면에 반죽이 되면서 그대로 쌓이게 되었지만 상호 작용을 하지 않는 암흑물질은 서로 통과해 버립니다. 그래서 이 충돌 때문에 벌어진 가스 구름의 분포가 총알 자국처럼 고깔 모양으로 보인다고 해서 총알 은하단이라고 부릅니다 총알 은하단은 일반적인 물질, 가스 물질과 상호작용 하지 않기 때문에 어떤 미지의 질량이 존재한다는 걸 보여주는 증거가 됩니다

 

암흑물질의 역사와 특징 등을 설명해 보았습니다 다음에는 더 흥미로운 천문학에 대해서 설명하도록 하겠습니다