우리가 보는 우주는 전체의 5%뿐이라고요? 암흑물질과 암흑에너지의 정체
우리가 보는 우주는 전체의 5%뿐이라고요? 암흑물질과 암흑에너지의 정체
여러분이 지금 밤하늘에서 보고 있는 별과 은하, 그리고 우리가 알고 있는 모든 물질은 사실 우주 전체의 아주 작은 일부에 불과합니다. 놀랍게도 우주의 95퍼센트는 우리 눈에 보이지도, 어떤 장비로도 직접 관측되지도 않습니다. 그런데 과학자들은 어떻게 이 보이지 않는 존재의 실체를 확신하게 된 걸까요.
암흑물질은 어떻게 존재를 들켰을까요
암흑물질이라는 개념은 은하가 회전하는 속도를 관측하면서 처음 드러났습니다. 1970년대 천문학자 베라 루빈은 은하의 바깥쪽 별들이 회전하는 속도를 측정했는데, 이상한 결과가 나왔습니다. 눈에 보이는 물질만으로 계산하면 은하 가장자리의 별들은 훨씬 느리게 돌아야 하는데, 실제로는 중심 근처의 별들과 거의 비슷한 속도로 빠르게 돌고 있었던 것입니다.이를 설명할 방법은 하나뿐이었습니다. 눈에 보이지 않는 추가 질량이 은하 전체에 퍼져 있어서 별들을 붙잡아두고 있다는 것입니다. 비유하자면 회전목마가 눈에 보이는 손잡이 개수보다 훨씬 무거운 이유를, 보이지 않는 철골 구조물이 안쪽에 숨어 있기 때문이라고 설명하는 것과 비슷합니다. 과학자들은 이 정체불명의 물질에 ‘암흑물질’이라는 이름을 붙였습니다. 빛을 전혀 내지 않고, 빛과 상호작용도 하지 않아서 오직 중력을 통해서만 그 존재를 짐작할 수 있기 때문입니다.
[📸 추천 이미지: 은하 주변을 감싸고 있는 보이지 않는 암흑물질의 분포를 시각화한 우주]
암흑에너지는 또 다른 미스터리입니다
암흑물질이 우주 질량의 약 27퍼센트를 차지한다면, 암흑에너지는 그보다 훨씬 큰 약 68퍼센트를 차지하는 것으로 추정됩니다. 그렇다면 우리 눈에 보이는 별, 행성, 은하를 이루는 일반 물질은 우주 전체의 겨우 5퍼센트에 불과한 셈입니다.암흑에너지가 발견된 계기는 더욱 놀랍습니다. 1998년 두 개의 독립적인 연구팀이 먼 초신성을 관측하던 중, 우주의 팽창 속도가 점점 느려지고 있을 거라는 기존 예상과 정반대로 오히려 점점 빨라지고 있다는 사실을 발견했습니다. 마치 위로 던진 공이 중력 때문에 속도가 줄어들 것이라 예상했는데, 오히려 점점 더 빠르게 하늘로 솟구치는 것을 목격한 것과 같은 충격이었습니다. 이 가속 팽창을 일으키는 정체불명의 힘에 ‘암흑에너지’라는 이름이 붙여졌고, 이 발견을 이끈 연구자들은 2011년 노벨 물리학상을 받았습니다.
[📸 추천 이미지: 우주가 사방으로 빠르게 팽창하는 모습을 표현한 그래픽]
왜 아직도 정체를 밝히지 못했을까요
가장 당혹스러운 점은, 우주의 95퍼센트를 차지하는 이 두 존재의 정체를 인류가 아직도 정확히 모른다는 사실입니다. 암흑물질의 후보로는 아직 발견되지 않은 새로운 입자, 이른바 윔프(WIMP)나 액시온 같은 이론적 입자들이 거론되지만, 지하 깊은 곳의 초정밀 검출기로 수십 년째 찾고 있음에도 결정적 증거는 나오지 않고 있습니다.암흑에너지는 더 미스터리합니다. 일부 과학자들은 이것이 아인슈타인이 제안했다가 스스로 철회했던 ‘우주상수’ 개념과 관련이 있을 것으로 추정하지만, 왜 그런 힘이 존재하는지에 대한 근본적인 설명은 아직 없습니다. 유럽우주국은 이 수수께끼를 풀기 위해 2023년 유클리드 우주망원경을 발사해, 수십억 개 은하의 분포를 정밀 지도로 그려내는 작업을 진행하고 있습니다.
마무리하며
우리가 별과 은하를 보며 우주를 안다고 느끼는 순간에도, 사실 우주의 대부분은 여전히 어둠 속에 감춰져 있습니다. 어쩌면 인류가 진짜 우주를 이해하기까지는 아직 갈 길이 먼지도 모릅니다.여러분은 암흑물질과 암흑에너지의 정체가 결국 무엇으로 밝혀질 것이라고 생각하시나요. 댓글로 여러분의 상상을 들려주세요.
출처
- 미 항공우주국(NASA) 암흑물질 및 암흑에너지 개관 자료
- 노벨상 공식 홈페이지, 2011년 노벨 물리학상 수상 배경 자료
- 유럽우주국(ESA) 유클리드(Euclid) 우주망원경 미션 자료 (2023~)
- 베라 루빈(Vera Rubin) 은하 회전 곡선 관측 연구, 미 국립과학재단(NSF) 해설 자료