[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. 가짜뉴스 3.0 시대 -민생과 시장 경제 보호 위한 대응전략
  2. [교정, 사회를 다시 잇다] 수용자 돌볼 의사 모집공고만 3번째…"치료와 재활이 곧 교정·교화인데"
  3. 충남대병원 공공부문, 공공보건의료 네트워크 활성화 세미나 개최
  4. 한국수자원공사, 2026 홍수기 맞춰 '댐 시설' 사전 점검
  5. 대전 공공재활병원 피해 부모들 “허위치료 전수조사해 책임 물어야"
  1. ‘인상 vs 동결’ 내일 4차 석유 최고가격제 향방 촉각
  2. "취지 빠진 정책, 출발선은 같아야"…서울대 '3개'만 만들기 논란 지속
  3. 대전 급식 파행 재현되나… 차질 우려에 교육감 후보 중재 나서기도
  4. 장기 정지 원전설비 부식 정도 정확히 측정한다… 원자력연 실증 완료
  5. 지방선거 전 행정수도법 통과 불발에 세종 정치권 '유감'

헤드라인 뉴스


정부 양자클러스터 공모 본격… 대전, 연구집적 경쟁력 통할까

정부 양자클러스터 공모 본격… 대전, 연구집적 경쟁력 통할까

대전시가 정부의 국가 양자클러스터 공모에 뛰어들 채비를 마치면서, 국내 최대 연구개발 집적지가 실제 산업 거점으로 이어질 수 있을지 시험대에 오르고 있다. 정부가 국가 전략기술로 꼽히는 양자산업 육성에 본격 시동을 걸자 대전도 KAIST와 정부출연연구기관을 중심으로 구축한 연구 인프라를 앞세워 유치전에 가세했다. 23일 과학기술정보통신부에 따르면 정부는 내달 18일까지 국가 양자클러스터 지정 공모 신청을 받는다. 양자컴퓨팅·양자통신·양자센싱 등을 중심으로 지역 거점을 조성하는 사업이다. 정부는 기술 변화 속도와 산업 불확실성을 고려..

"지선 전 통과 불발" 세종 행정수도특별법, 앞으로 향방은
"지선 전 통과 불발" 세종 행정수도특별법, 앞으로 향방은

6월 지방선거 전 통과가 사실상 불발된 세종 행정수도특별법(이하 행정수도법)의 향방에 이목이 집중되고 있다. 앞서 '조속한 처리'를 내세웠던 여·야 지도부의 약속이 큰 실망감으로 돌아온 만큼, 앞으로의 처리 절차에 지역사회 여론이 더욱 집중되고 있는 모양새다. 23일 국회에 따르면 전날 국토교통위원회 법안심사소위원회는 행정수도 완성을 골자로 발의된 특별법 5건(황운하·강준현·김종민·김태년·엄태영·복기왕 등 대표 발의, 발의순)의 첫 논의를 시작했지만 심사를 보류한 뒤 공청회를 열기로 했다. 위헌 소지와 국민적 공감대 등을 두고 보완..

대전 `도마1동 행정복지센터`, 신생 핫플레이 상권으로 `주목`
대전 '도마1동 행정복지센터', 신생 핫플레이 상권으로 '주목'

대전지역 곳곳에서 신생 상권이 새롭게 형성되고 있다. 평소 주목받지 못했던 지역에 아파트가 들어서면서 슈퍼마켓을 비롯해 채소·과일, 정육점 등이 잇따라 문을 열고 있어서다. 기존 상권과 달리 신규 창업 점포가 눈에 띄게 눈에 띄게 확장되자 창업을 고민하는 이들에게 또 하나의 블루오션으로 주목받는다. 22일 소상공인 365 빅데이터가 추려낸 대전 신생 핫플레이스는 대전 서구 도마동에 위치한 '도마1동 행정복지센터' 인근이다. 신생 핫플레이스란, 상권이 형성된 지 얼마 되지 않은 장소로 최근 들어 급부상하는 곳을 뜻한다. 8만 8800..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인

  • ‘장애·비장애 경계 허물고’ ‘장애·비장애 경계 허물고’

  • ‘에너지 절약 동참해주세요’ ‘에너지 절약 동참해주세요’

  • 자연 속 힐링 요가 자연 속 힐링 요가