공부하고 정리하고

오늘은 미지의 영역에 대해서 소개해볼까 합니다.
암흑물질(dark matter)과 암흑에너지(dark energy)라는 말을 들어보셨나요? 

왜 암흑이라는 말이 붙었을까요? 한 번 같이 알아봅시다!

암흑물질?

우주의 일반 물질들은 우주의 4%를 암흑물질은 22%를 차지하고 암흑에너지는 74%를 차지합니다. 즉, 이 말은 현재 우리가 알고 있는 물질이 4%라는 것입니다. 그런 면에서 암흑물질이란 것은 모르는 물질입니다. 빛, 즉 전자기파를 흡수하지도 방출하지도 반사하지도 않는 스텔스기 같은 유령의 존재라는 것입니다.

그렇다면 어떻게 존재를 확인했을까요?

암흑물질은 중력에 중요한 영향을 미칠 것으로 생각이 됩니다. 은하가 있다고 생각해보면 은하의 중심에 있는 별들은 중력이 매우 강할 것이고 더 빠른 속도로 회전할 것입니다. 반대로 은하로부터 멀리 떨어져 있는 별들은 상대적으로 속도가 느릴 것입니다. 예로 태양계만 봐도 알 수 있죠 수성의 공전 속도는 47.36km/s임에 반해 지구는 29.783km/s 해왕성은 5.43km/s입니다. 멀어질수록 느려지죠. 하지만 은하계의 별들의 속도를 측정했는데 멀어질수록 느려질 것으로 생각된 예상과 달리 속도의 차이가 거의 없이 일정한 것을 발견했습니다. 이 말은 속도와 거리의 관계에서 우리가 볼 수 없었던 중력효과가 있음을 예상할 수 있습니다.
암흑물질이 구름의 형태로 은하계에 존재한다고 생각했습니다. 이 암흑물질이 은하의 구조와 움직임을 결정하게 됩니다.

암흑물질을 관측하는 방법은 없을까요?

직접적으로 보는 것은 불가능합니다. 어떠한 것과도 상호작용하지 않기 때문입니다. 하지만 간접적으로 확인할 수 있습니다. 암흑물질은 은하계에 구형으로 채워져 있다고 합니다. 이 구형의 암흑물질이 렌즈 역할을 합니다. 왜냐하면, 암흑물질은 중력에 영향을 줍니다. 만약 빛이 여길 외곽에서 지난다면 일반 상대성이론에 따라 굴절하게 됩니다. 이렇게 굴절한 빛이 눈에 들어오고 그냥 굴절 없이 직진하여 들어온 빛도 존재합니다. 이렇게 되면 은하는 어떻게 보일까요? 링 모양으로 관측이 됩니다. 이를 아인슈타인 링이라 합니다. 실제 2007년 허블 망원경이 이를 관측합니다.

암흑물질은 중력에 영향을 주는 물질인데 관측을 하지 못해 아직 어떤 물질인지 규명하지 못하였습니다. 이를 찾기 위해 지하 깊숙한 곳에 아주 민감한 감지기를 놓고 탐지를 위해 노력하고 있습니다. 물론 우주에서도 노력을 하고 있습니다.

암흑에너지?

우주 공간에 74%를 차지하고 있다는 암흑에너지는 무엇일까요?
현재 우주론에서 예상하고 있는 우주론을 아시나요? 바로 빅뱅이론입니다. 137억 년 전 빅뱅이 일어나고 우주는 팽창을 지속하고 있다고 보고 있습니다. 하지만 사람들은 암흑물질 때문에 중력으로써 인력이 작용하여 우주의 팽창을 늦추지 않을까 생각하였습니다. 아주 빠르게 달리던 차에 암흑물질이라는 브레이크를 걸어 결국에는 멈추거나 다시 수축하지 않을까 생각하였습니다. 하지만 수십억 년 전과 현재의 우주팽창속도를 관측과 수학적 계산을 통해 예상이 틀렸음을 알게 됩니다. 즉, 우주의 팽창속도는 더 빨라진 것입니다. 여기서 나오는 개념이 암흑에너지입니다. 이 암흑에너지는 우주 공간에 널리 퍼져 있고 척력이 작용합니다. 그렇기에 우주의 팽창을 가속시키는 에너지입니다.

우리가 알고 있다고 생각하는 부분은 현재 만물의 4%입니다. 그중 22%는 간접적인 관측을 통해 존재를 생각하고 있으나 어떤 물질인지 아직 못 찾았고 나머지 74%는 아직 미스터리한 부분이 많습니다. 현재 지구를 살아가는 사람으로서 최첨단 IT 시대, 로봇공학, 나노과학 등 첨단 과학으로 수많은 부분이 상당히 발전해왔다고 생각합니다. 그래서 이러한 존재들을 모를 때는 저는 더 이상 발전할 것이 있겠는가? 라는 의문이 들어왔습니다. 하지만 아직 설명되지 않은 부분이 너무 많고 앞으로 이러한 것을 규명하면서 동시에 인류의 발전 또한 끝이 없지 않을까 라는 생각이 듭니다.

-이미지 출처-

1. http://www.blurryphotos.org/episode-96-dark-matter/
2. http://www.physicsoftheuniverse.com/topics_bigbang_accelerating.html
3. http://jjy0501.blogspot.kr/2014/09/Young-Galaxy-DDO68.html
4. http://www.cfhtlens.org/public/what-gravitational-lensing
5. wikipedia
6. http://www.sciencemag.org/news/2017/04/dark-energy-illusion
7. https://pngtree.com/freebackground/sci-fi-computer-tech-background_327794.html