악의 대왕 드라이어스 쯤 되어야 쓸만한 무시무시한 이름 암흑 에너지

배트맨이 수트 만드는데 썼을 법한 이름 암흑물질

우주론 분야의 핫이슈 중의 하나로, 여전히 논란거리인 것들입니다.

비전공자인 저야 뭐 교양 수준으로 접한 지식인데, 공유할 만하다고 생각하여 이렇게 정리해봅니다.



1. 암흑물질

발단은 중력의 작용 문제에서 비롯됩니다. 은하들이 대개 회전운동을 하는데, 태양계가 그렇듯 은하 중심에 은하의 질량이 집중되어있다고 치면 은하의 외곽에 있는 별들은 중심부에 가까운 별들보다 더 회전속도가 느려야 합니다. 그것도 엄청 느려야해요. 그런데 관찰결과 대부분의 별들이 등속 공전을 하고 있다는 게 밝혀졌죠.

음...

뭔가 이상합니다. 아무리 생각해봐도 외곽 부분과 중심부가 등속운동을 할 수가 없습니다.

그래서 생각해낸 방안이, 은하 내에서의 질량의 분포를 인위적으로 재조정한 겁니다.

외곽부분의 듬성듬성 빈 공간에 빛을 내지 않아서 우리가 알 수는 없지만 뭔가 거대한 질량을 가진 물질들을 잔뜩 채워넣는 겁니다.

이처럼 거대한 규모의 미지의 물질들이 빈공간에 들어차 있어서 질량이 중심에 집중된 게 아니라고 생각하면 대충 은하의 회전운동이 설명이 되거든요.



2. 암흑 에너지

우주의 팽창속도를 설명하느라 만들어낸 개념입니다.

상식적으로 생각해보았을 때 우리는 모종의 폭발이 있을 경우 그 폭발로 인한 비산물의 속도가 갈수록 떨어진다고 간주하곤 합니다.

빅뱅에 대해서도 비슷한 전제가 오래 지속되었는데요, 당연히 우주 생성 초창기 때 보다 오늘날의 우주 팽창 속도가 더 떨어질 거란 가정이죠.

물론 예나 지금이나 같을 수도 있습니다.

하지만 명백히 중력이 작용하는 이상, 우주 팽창 속도는 중력에 의해 계속 차감되어 점점 느려질 수 밖에 없겠죠.

그런데 그런식으로 계산을 하자 중요한 모순이 생깁니다.

팽창속도를 계산해서 우주의 나이를 계산해보면 110억년 전후가 나오는데

가장 나이든 별들을 분석해보니 나이가 대략 160억년까지 올라가는 겁니다.

....?

상식적으로 빅뱅 이전에 별들이 생성되었을 리가 없죠.

그래서 등장하게 된 게 중력의 영향을 넘어서 우주의 팽창 속도를 가속하는 미지의 힘입니다.

초신성 폭발을 관측-분석하던 몇몇 팀들의 연구결과를 토대로 도출된 결론은

우주의 팽창속도 계산에 있어 15%정도의 오류가 있었다는 겁니다.

이런저런 상수를 넣어서 짜맞춰 다시 우주의 나이와 별의 나이를 맞춰보니 137억년 정도로 예쁘게 수렴하게 되었습니다.

즉, 암흑에너지란 우주 팽창 속도를 가속시켜주는 일종의 확장 에너지로, 뭐라고 설명은 못하겠지만 계산이 말이 되려면 그런 존재가 필요한,

하지만 그게 뭔지는 아무도 모르는 미지의 에너지입니다.




3. 문제제기

그런데 이게 말처럼 쉽지가 않습니다.

왜냐하면, 암흑물질과 암흑에너지라는 '상수'를 슬쩍 넣어서 설명하는 우주론의 기저에는 검증되지 않은 전제가 몇 개 있거든요.

먼저, 중력이 과거나 현재나, 저기나 여기나 동일하게 작용할거라는 믿음이죠.

과연 은하단위에서도 중력은 균일하게 작용할까요?

은하간에는?

물질의 밀도와 질량이 훨씬 높은 곳에서도 중력은 우리가 알고있는 방정식에 맞게 증가하거나 감소할까요?

이건 아직 관측 등으로 검증되지 않은 결론입니다.

심지어 과거, 우주 탄생 초기와 지금 중력이 똑같이 계산될거라고는 확증하기 어렵습니다.

또 하나, 우주 안의 물질 분포가 균일할 거라는 가정입니다.

과학자들은 국지적 차이는 있어도 전체적으로 보면 예쁘고 균일할 거라는 '믿음'을 가지고 있습니다.

그런데, 과연 그럴까요?

만약 이쪽이 빽빽하고 저쪽이 성글다면?

우주팽창 속도 역시 달라질 수 있습니다.

현재 이 관측으로 이 가정을 확인하기 위한 프로젝트가 몇 개 진행중인데요

일단 60만개 정도의 은하를 관측한 결과는 우주가 썩 균일하게 펼쳐져있지 않다는 겁니다...만...

표본의 수가 전체 규모에 비하면 새발의 피도 안되는 수준이라 아직 뭐라고 단정하기 어렵다고 합니다.

은하 10억개를 대상으로 하는 프로젝트가 진행중이라는데 이건 유의미한 결과가 나오려면 아직 멀었다고 하구요.

여하튼, 우주 안의 물질 분포가 불균형하다면, 다크에너지 같은 설명은 궁색한 군더더기가 될 수도 있습니다.



4. 암흑물질은 새로운 개념이 아니다.

암흑물질은 중력을 상수로 놓고 보았을 때 설명이 안되는 운동이 발생할 경우, 사이사이에 운동을 설명해줄 물질을 집어넣을 때 "미지의 물질 X가 어느어느수준의 질량을 가지고 여기에 있다고 치면 설명이 됨" 할 때의 X입니다.

예전엔 해왕성이었나...가 암흑물질이었던 적이 있었습니다.

천왕성의 궤도운동이 잘 설명이 안 되자 "이 정도 궤도를 공전하는 이 정도 질량의 행성이 있다면 딱 맞게 설명될 텐데.."라는 가설이 수립되었고

때마침 정말 그런 천체가 발견된 거죠.

따라서, 암흑물질이 꼭 무언가 단일한 입자(예컨대 중성미자) 같은 거라는 법은 없습니다.

그냥 그 방정식의 빈자리를 채워줄만한 질량을 가진 거라면 뭐든 가능합니다.

관측이 몹시 어려운 모종의 다양한 물질들이 그냥 잔뜩 있을 개연성이 훨씬 높죠.(있긴 있다면요)



5. 결론


결국은, 장이냐 사쿠라냐, 모냐 도냐의 싸움입니다.

정말로 암흑물질을 찾아내서 짜잔 하고 보여주면 마치 천왕성과 해왕성의 발견 때 그랬듯 암흑물질파가 승리하는 거고

만약 아무리 뒤져도 안나온다면,

그리고 안나오는 와중에 현재의 우주론을 완전히 뒤엎을 새로운 우주이론이 등장해서(아마도 중력가설을 수정하는 방식으로) 기존의 문제를 완벽하게 설명해버린다면(마치 아인슈타인의 일반상대성이론이 수성의 궤도 문제를 해결했듯)

그럼 뭐... 오함마 가져와야죠 ^^;;




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참조:http://www.tenelux.com/bbs/board.php?bo_table=data5&wr_id=7

위에 제가 적은 내용은 요 대담의 요약에 불과합니다 :)

뭔가를 더 원하시는 분은 이쪽에 가서 한 번 읽어보세요.

유익할겁니다!