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안녕, 몇몇 게이들이 암흑물질과 암흑에너지에 관해 써달라고 해서 이번편은 암흑물질에 관해 소개해주려고해.

암흑에너지를 뺀 이유는 아직 과학계 최대의 미스테리라서 밝혀진 건 없고 추측만이 가득하거든. 암흑물질도 별반 다를 게 없지만 말이야.

어쨋든.. 암흑물질은 약간 어려울 수도 있으니 근성을 가지고 끝까지 읽어주길 바란다.

1. 암흑물질(Dark Matter)

암흑물질은 말그대로 눈에 보이지않는 질량체를 모두 아우르는 말이야. 그게 무엇으로 이루어져있는지는 정확히 알 수 없어.

이 암흑물질의 존재 가능성은 다음의 일화에서부터 출발해.

뉴턴의 운동법칙에 따르면, 항성 주위를 도는 행성들의 공전속도는 거리가 멀 수록 작아지지.

이는 은하에서도 마찬가지라고 여겨졌어. 즉 은하의 중심의 거대한 질량체를 중심으로 별들은 은하주위를 공전하며, 중심으로부터의 거리가 멀 수록

별들의 공전속도는 느려질 것이라는거지.

공전속도가 거리에 따라 감소하는게 아니라 오히려 일정한수준을 유지한다.

하지만 관측결과는 놀라웠어. 줄어들지 않고 급격하게 늘어났다가 일정수준을 유지했지.

이는 두가지 경우중 하나야. 뉴턴의 중력법칙이 잘못됐거나 은하의 질량이 생각보다 산재해있다는거.

뉴턴의 중력법칙이 잘못됐을리는 없었어. 지금까지 거의 모든 계산결과가 관측과 정확히 맞아떨어졌거든. 따라서 학자들은 두번째 가능성에 대해

초점을 두기 시작했어. 하지만 아무리봐도 이는 있을 수 없었어. 관측결과 중심의 질량이 매우 높고 주변부로갈수록 낮아졌거든.

그리하여 과학자들은 이런 모순을 해결하기 위해 이른바 '암흑물질' 이라는 개념을 집어넣기 시작해.

이 암흑물질의 존재는 중력렌즈 효과에서도 확인할 수 있는데, 중력렌즈는 내가 저번에 두번이나 설명했듯이, 광원으로부터 날아오는 빛이

주변의 질량체의 중력에 의해 휘어져서 본래의 광원이 휘어지게 보이는 현상이야.

멀리 떨어진 은하단의 은하를 관측하면 중력렌즈 효과 때문에 왜곡되기 마련인데, 보이는 물질의 중력에 의한 중력렌즈 효과보다 훨씬 크게 나타났어.

이는 광원쪽 어느 지점에 보이지는 않지만 엄청난 양의 질량체가 있음을 짐작하게 하는 결과지.

그밖에도 관측기술이 발전함에 따라 암흑물질의 존재를 뒷받침해주는 증거가 마구마구 나왔지.

이러한 관측결과로, 과학계는 암흑물질이 존재한다고 거의 확신했어.

2. 암흑물질의 분류

우리은하를 둘러싸고 있을것이라 추측되는 암흑물질.

그렇다면 암흑물질은 무엇으로 구성돼 있을까? 가장 간단한 생각은 저번에 소개한 갈색왜성류, 아주 작은 소천체, 흑색왜성, 암흑성운, 블랙홀 등이야.

이러한 물질들을 흔히 마초(MACHO, Massive Compact Halo Objects)라고 부르지.

하지만 과학자들은 실제로 이들의 비율은 아주 적을거라고 거의 무시하다시피 대해.

그 근거 중 하나는 다음과 같아. 지금까지 발견된 암흑물질 존재의 증거(예를들어 은하의 공전속도같은)로 추측되는 물질들의 대부분이

전자기적 상호작용을 하지 않는다는거야(즉 일반적인 물질이 아니라는거지)

이는 즉 암흑물질 자체는 중력과 별개로 따로놀 수 있다는 말이야. 이러한 이유로, 과학자들은

오렌지부분이 질량, 푸른 부분이 암흑물질. (합성하여 색을 입힘)

암흑물질을 구성하는 새 입자를 생각하게 되는데, 그 이름은 윔프야. 윔프는 Weakly Interactng Massive Particle의 약자로, 약하게 상호작용하는 질량체라고

생각하면 될거야. 이 물질은 아직까지는 이론에만 존재하는 가상의 물질이지.

이러한 윔프에는 네 종류가 있다고 여겨지는데,

차가운 암흑물질(Cold Dark Matter), 따뜻한 암흑물질(Warm Dark Matter), 뜨거운 암흑물질(Hot Dark Matter), 그리고 혼합 암흑물질(Mixed Dark Matter)이야.

이들에 대해선 아직 정확하게 밝혀진 바가 없어. 단지 추측만 할 뿐이지.

이러한 분류는, 초기 입자가 우주의 팽창에 따라 느려지기 전, 무작위 운동을 할 수 있는 거리에 따라 나눠.

차가운 암흑물질은 이러한 거리가 원시은하의 크기보다 작은 물질,

따뜻한 암흑물질은 거리가 원시은하의 크기와  비슷한 물질,

그리고 뜨거운 암흑물질은 거리가 원시은하의 크기보다 큰 물질이지.

마지막의 혼합 암흑물질에 관해서는 아직 명확한 정의가 없다고해.

3.암흑물질의 구성

관측기술의 발달로 이러한 암흑물질의 증거가 많이 발견된 상황임에도 불구하고 아직 진척이 없는 까닭은 이들이 눈에 보이지 않기 때문이야.

그 어떤파장의 전자기파도 내뿜지 않기 때문에 우리는 직접 관측을 할 수 없는 실정이고, 따라서 온갖 추측만이 난무한 상황이지.

단지 우주의 구성 비율만이 나타나 있을 뿐이야.

아직 베일에 쌓여있는 나머지 96퍼센트

어떤 학자들은 이들이 이른바 초대칭 이론에 부합하는 물질들로 구성돼있다고 주장하는데, 이수준까지 가면 머리가 엄청 복잡해지니 여기까지만 설명할게.

현재는 이 암흑물질이 어떻게 구성돼 있는지 알 방법이 전무해. 그래서 과학자들은 이들이 우주에 어떻게 분포하고있는지라도 알기 위해 노력중이지.

현재 과학자들의 목표는 3D 암흑물질 지도를 완성하는거야. 이 암흑물질 지도를 만드는 방법은 의외로 간단해.

중력렌즈 효과를 이용하는거지. 물체가 왜곡되어 보인다면 그 왜곡정도를 조사해 그 앞의 암흑물질이 얼마나 분포했는지 파악할 수 있거든.

현재까지 완성된 지도의 일부분

http://watericious.tistory.com/363

http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter

 3줄요약

1. 은하에 속한 별들의 공전속도 이상으로 암흑물질의 존재가능성이 제기됨.

2. 그 이후 암흑물질의 존재증거가 속속들이 진행되면서 연구가 진행

3. 아직 이렇다할 성과를 못내놓고 있는 실정.