[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. 박종원 민주당 담양군수 후보, 유권자 금품살포 논란
  2. 교통망 넓히고 생활권 키우고…도시 체급 키우는 대전
  3. '저평가 우량주' 대전이 뜬다 가치상승 주목
  4. 대전 환경단체 “공영주차장 태양광, 법정 의무 넘어 50면으로 확대해야”
  5. 무인점포 17번 절취한 절도범 어떻게 잡혔나?(영상)
  1. [충남도민과의 약속, 후보 공약 비교] 박수현 "산업·사회에 AI도입" vs 김태흠 "민선8기에 이미 시작"
  2. 때 이른 더위 식히는 쿨링포그
  3. [2026 행복한 대전교육 프로젝트] 다문화 사회의 해답 '학생 맞춤형 교육'에서 찾다
  4. 막판 판세 흔들 변수는?… 조직력 집중
  5. "안 걸릴 줄 알았나?"… 무인점포 한 곳서 17차례 절도 20대 검거

헤드라인 뉴스


21일 공식 선거운동 시작… 정청래·장동혁 ‘충청 앞으로’

21일 공식 선거운동 시작… 정청래·장동혁 ‘충청 앞으로’

6.3 지방선거 공식선거운동 첫날인 21일 여야 대표가 나란히 최대격전지 금강벨트를 공략하며 선거일까지 13일간의 열전에 돌입한다 정청래 더불어민주당 대표와 국민의힘 장동혁 대표는 각각 충청권 각 시도지사 출정식 등에 참석, 각당 지선 프레임인 내란청산과 정권심판을 호소하는 것이다. 이들이 공식 선거전 첫날부터 충청권에서 맞불을 놓는 이유는 지방선거 승리를 위해선 중원에서 절대 밀려선 안 된다는 절박감을 반영한 행보로 풀이된다. 더불어민주당 허태정 대전시장 후보는 21일 오후 3시 중구 으능정이 문화의거리 이안경원 앞에서 출정식을..

스타벅스 `5·18 이벤트` 파장… 지역 시민단체 "반인륜적 마케팅"
스타벅스 '5·18 이벤트' 파장… 지역 시민단체 "반인륜적 마케팅"

"오월 영령을 모욕하고 역사를 희화화한 스타벅스는 진정성 있게 사죄하라!" 스타벅스가 5·18 민주항쟁 기념일에 진행한 '탱크데이' 이벤트를 두고, 지역사회의 지탄이 쏟아지고 있다. 이와 관련 스타벅스는 두차례 공식 사과와 대표 경질 등 사태 진화에 나섰으나, 시민사회단체는 "이번 사안은 단순 실수가 아닌 반역사적·반인륜적 마케팅"이라고 규탄하며, 진정성 있는 사과와 재발 방지대책을 촉구했다. 스타벅스 코리아는 지난 18일 5·18 민주화운동 기념일을 맞아 '탱크데이' 텀블러 할인 행사를 진행했다 여론의 뭇매를 맞았다. '탱크데이'..

[청년이 미래-1편] "나에게 딱 맞는 청년월세지원사업은?" 대전시 vs 국토부
[청년이 미래-1편] "나에게 딱 맞는 청년월세지원사업은?" 대전시 vs 국토부

대전시 청년들의 주거비 부담을 덜어주기 위한 '2026 청년월세지원사업'이 본격화되면서 청년들의 관심이 집중되고 있습니다. 올해 대전시 자체 사업과 국토교통부(이하 국토부)의 주관 사업이 2026년에 각각 진행돼 청년들의 선택 폭이 넓어졌습니다. 다만 두 사업은 중복 지급이 불가능하므로 본인의 조건에 맞춰 더 유리한 사업을 똑똑하게 골라야 합니다. 두 사업은 매월 최대 20만 원의 월세를 지원한다는 점은 같지만, 세부자격 요건과 지원 기간에서 뚜렷한 차이를 보입니다. ▲나이 기준 : 대전시 '19~39세' vs 국토부 '19~34세..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검

  • 대전시장 후보자 토론회 대전시장 후보자 토론회

  • 어려운 이웃을 위한 자비의 쌀 나눔 어려운 이웃을 위한 자비의 쌀 나눔

  • 전국동시 지방선거 투표용지 인쇄 전국동시 지방선거 투표용지 인쇄