[사이언스칼럼] 암흑물질이란 무엇인가?

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 암흑물질이란 무엇인가?

김영수 한국천문연구원 천문우주기술센터 책임연구원

  • 승인 2022-12-15 16:27
  • 신문게재 2022-12-16 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
김영수 한국천문연구원 천문우주기술센터 책임연구원
김영수 한국천문연구원 천문우주기술센터 책임연구원
현재 천문학의 최대 화두는 암흑물질이다. 그동안은 밤하늘에 빛나는 별들과 성단, 은하들이 우주를 구성하는 물질인 줄 알았다. 그런데 이러한 눈에 보이는 밝은 천체들이 주요 구성원이 아니었다. 이들은 우주 전체 물질의 20% 정도밖에 되지 않는 것이다. 이러한 내용은 안드로메다 은하와 같은 다른 은하의 세부 구조를 관측 연구하여서 알게 된 것인데, 대형망원경으로 은하를 구성하는 개개 별들의 공전속도를 측정한 것이다.

은하에 속한 별들은 은하의 중심 주위를 회전한다. 이 별들은 회전 운동하며 생기는 원심력이 은하의 중심으로부터 잡아당기는 중력과 평형을 이루어서 공전하는 것이다. 뉴튼의 만유인력과 케플러의 궤도운동 법칙이 여기에도 적용되는 것이다. 그런데 별이 빠르게 원운동을 하면 원심력이 커져서 그 은하에 속하지 못하고 튕겨져 나가버리게 된다. 은하의 바깥쪽으로 갈수록 중력이 작아지므로 천천히 회전해야만 원심력도 줄어들어서 그 위치를 유지할 수 있게 된다.

지구 주위를 도는 인공위성도 마찬가지이다. 600㎞ 상공에서 도는 저궤도 인공위성은 1시간 37분 만에 지구를 한 바퀴씩 도는 반면에 36,000㎞ 상공에 높이 떠 있는 정지궤도 위성은 지구 자전속도와 똑같이 하루(24시간)에 한 바퀴씩 돌면서 궤도를 유지한다. 저궤도 위성의 속도는 시속 27,200㎞인데 반해, 정지궤도 위성은 시속 11,100㎞로서 절반에 훨씬 못 미치는 속도로 천천히 돈다.

그런데 은하에 속한 별들의 속도를 측정하여보니, 은하의 중심에서 멀어질수록 별들의 속도가 커지는 것이다. 이것은 만유인력과 케플러의 법칙에 어긋난다. 빠른 속도로 궤도운동을 하는 별들이 은하에서 벗어나지 않고 있으려면 은하가 훨씬 더 무거워서 별을 끌어당기는 만유인력이 훨씬 더 강해야 하는 것이다. 관측결과로부터 계산한 결과, 은하의 질량은 우리가 관측한 소속 별들의 질량 총합보다 5배는 더 커야 한다. 즉, 우리 눈에 보이지 않는 물질들이 4배 더 그 은하에 들어 있어야 하는 것이다. 그렇지만 우리는 그러한 물질들을 알지 못하고 있다. 그래서 '암흑물질'이라고 이름 붙였고, 천문학자들과 물리학자들이 그것을 찾기 위해 불철주야 관측하고 연구하고 있다.

암흑물질의 증거는 또 있다. 아인슈타인의 이론에 따르면 직진하는 빛도 중력에 의해서 휘게 된다. 그래서 우주에서는 중력렌즈라는 현상이 생긴다. 멀리 있는 은하에서 나온 빛이 그 앞에 있는 다른 은하의 중력에 의해 반듯이 직진하지 못하고 휘게 되는 것이다. 그러면 앞에 있는 은하에 가려서 보이지 않아야 할 뒤쪽의 은하가 앞 은하의 옆에 찌그러져서 보이게 된다. 이것이 중력렌즈 현상이다. 그런데 뒤 은하에서 오는 빛의 휘는 정도가 앞 은하의 질량에 비해서 훨씬 더 크다. 앞 은하에 속한 별들의 질량의 총합보다 훨씬 더 무거워야 한다는 얘기다.

그럼 이렇게 별들보다 4배나 더 무거우면서 빛나지 않는 물체는 무엇일까? 우리는 그것이 무엇인지 아직 모른다. 전 세계의 천문학자들이 암흑물질의 정체를 알아내려고 대형망원경과 최신의 관측기기들을 가지고 열심히 관측하고 연구하고 있다. 그 정체를 밝혀내면 노벨상은 따 놓은 당상일 뿐더러, 이러한 물질을 이용해서 인류문명을 4배 이상 훨씬 더 풍요롭게 할 수 있을 것이다. 어쩌면 우리가 아직 알지 못하는 우주의 법칙이 더 있어서, 만유인력과 같은 또 하나의 우주 원리를 찾아낼지도 모르겠다.

우주의 백화점에는 아직도 우리가 알지 못하는 진귀한 물건들이 곳곳에 숨겨져 있다. 알면 알수록 모르는 것이 더 많이 튀어나오는 것 같다. 그렇지만 우주에 대한 의문점을 꾸준히 밝혀내 왔듯이, 암흑물질의 비밀도 100년 이내에 풀어낼 것으로 믿는다. 제임스웹 우주망원경이라는 성능 좋은 망원경이 올해부터 가동되어 우주의 신비를 하나씩 벗겨내고 있다. 지상에서도 구경 25m의 거대마젤란망원경을 비롯한 극대형 망원경들이 건설되고 있다. 대형 우주망원경과 지상의 거대망원경을 이용하여 암흑물질의 근원도 알아낼 수 있을 것이다. 과거 케플러가 행성의 궤도 법칙을 밝혀내어서 현재 인공위성의 궤도를 이루는 기초가 되었듯이, 암흑물질의 원리가 미래 인류의 우주탐사에 중요한 발판이 될 것이다. 김영수 한국천문연구원 천문우주기술센터 책임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. '금융위·개보위' 때늦은 세종 이전설… 행정수도 남은 퍼즐은
  2. 세종 9개 파크골프클럽 '화합의 샷'
  3. 과천 경마공원 부분 개발… 시민과 노동계 강력 반발
  4. [날씨] 광복절 연휴 첫날 충청권 흐리고 비…오후부터 곳곳 소나기
  5. 천안시, 제81주년 광복절 맞아 독립운동 자료·사진 전시회 개최
  1. 천안교육지원청, 2026년도 을지연습 사전교육 실시
  2. 충남콘진원, AI 음원·뮤직비디오 공모전 수상작 발표
  3. 천안중앙도서관, 시민과 함께하는 '우리동네 그림책 만들기' 운영
  4. 천안시, 여름 휴가철 청소년유해업소 민·관 합동점검 실시
  5. 독립기념관 입구, 한기대 손길로 새 옷 입다

헤드라인 뉴스


가계부채 총량 증가 3%로 확대... 단순계산 시 주담대 7조넘게 여력생길 듯

가계부채 총량 증가 3%로 확대... 단순계산 시 주담대 7조넘게 여력생길 듯

금융당국이 가계부채 총량 증가율 목표치를 3%로 확대하면서 꽁꽁 얼어붙던 주요 시중은행 주택담보대출 한도가 늘어날 것으로 보인다. 각 은행들의 총량 목표치를 같은 비율로 확대하고, 이를 추가 주택담보대출에 활용한다고 가정하면, 7조 5000억원 가량의 추가 한도가 확보될 수 있을 것으로 전망되기 때문이다. 16일 금융권 등에 따르면 5대 은행인 KB국민·신한·하나·우리·NH농협은행의 13일 기준 가계대출 잔액(정책성 대출 제외)은 650조 7747억원으로, 2025년 말 644조 9700억원보다 5조 8047억원 늘어난 것으로 집계..

불법구금·물고문 통한 자백… 44년 만에 국가보안법 재심 무죄
불법구금·물고문 통한 자백… 44년 만에 국가보안법 재심 무죄

1980년대 국가보안법과 반공법 위반 등으로 유죄 판결을 받은 피고인이 44년 만에 열린 재심에서 최근 무죄를 선고받았다. 16일 법조계 등에 따르면 대전지법 제11형사부는 올해 7월 30일 국가보안법·반공법·계엄법 위반 등의 혐의로 기소됐던 A 씨의 재심에서 국가보안법과 반공법, 계엄법 위반 혐의에 각각 무죄를 선고했다. 집회 및 시위에 관한 법률 위반 혐의는 면소 판결했다. (사건번호 2025재고합6) A 씨는 1982년 당시 국가보안법과 반공법, 계엄법, 집시법 위반 혐의로 기소돼 같은 해 10월 대전지법에서 모든 혐의가 유죄..

대전시 노후계획도시 정비 주민 상담 지원…20일 2차 컨설팅
대전시 노후계획도시 정비 주민 상담 지원…20일 2차 컨설팅

대전시가 노후계획도시 정비사업에 대한 주민 이해도를 높이고 상담을 지원하기 위해 현장 컨설팅을 진행 중이다. 16일 시에 따르면, 오는 8월 20일 오후 1시 30분 둔산2동 행정복지센터 2층 회의실에서 '2026년 제3회 미래도시지원센터 컨설팅' 2차 행사를 진행한다. 노후계획도시의 체계적인 정비를 위해 통합·상담서비스를 제공하고 주민-지자체-지원기구(LH,한국부동산원)-국토부 간 소통 창구를 마련하기 위해서다. 컨설팅에선 주민대표단 구성·운영 등 법 개정 사항과 추정분담금 산정 방식 등을 설명하고, 주민 질의에 대한 현장 상담을..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 막바지 피서객 몰린 계룡산 계곡 막바지 피서객 몰린 계룡산 계곡

  • 백중사리 기간에 침수된 보령시 오천항 일대 백중사리 기간에 침수된 보령시 오천항 일대

  • ‘자동차 불법 튜닝 안됩니다’ ‘자동차 불법 튜닝 안됩니다’

  • 대전시-더불어민주당 대전시당 당정협의회 대전시-더불어민주당 대전시당 당정협의회