[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. 신계룡~북천안 345kV 경과지 결정… '주민 반발' 속 향후 진통 예고
  2. 트램부터 대통령 공약까지… 대전시 11월 현안추진 분수령
  3. 대전 삼성동 정비사업 속도 양극화… 일부 구역은 사실상 사업 멈춰
  4. 대전 '스토킹 신고' 전 연인 살해 피의자 신상 공개 결정
  5. “행정수도 완성 넘어 자족도시로” 세종형 성장동력 확보 과제 부상
  1. “평생 꽃 팔며 살았는데”...갈 곳 잃을 위기 놓인 꽃마을 상인들
  2. [꿀잼대전 힐링캠프]"이웃사촌 세 가족, 대전서 특별한 핼러윈 추억 쌓았어요"
  3. 중도일보 중부권 언론사 최초 50억 규모 사내근로복지기금 설립 주목
  4. 한국전쟁 상처와 평화 돌아보는 전시회 대전 테미마을박물관서 개막
  5. 충남대, 공주대 통합신청서 제출 재추진... 이행보장안 마련 돌파구 될까

헤드라인 뉴스


`지각·중도 퇴장·불참` 어수선했던 충남도 국회의원 초청 설명회

'지각·중도 퇴장·불참' 어수선했던 충남도 국회의원 초청 설명회

3일 충남도가 충남 국회의원을 대상으로 마련한 정책설명회. 2027년 정부 예산을 확보해야 하는 충남의 주요사업과 충남 발전을 위한 현안사업을 설명하고 국회의원의 적극적인 협조를 구하는 자리다. 설명회 장소인 서울 여의도 캔싱턴호텔에 오전 10시 제시간에 도착한 이들은 더불어민주당 이정문(천안시병)·황명선(논산·계룡·금산) 의원 2명. 뒤를 이어 5분 늦게 같은 당 문진석(천안시갑)·전은수(아산시을) 의원이 도착했고, 3분 뒤엔 국민의힘 성일종(서산·태안) 의원이 착석했다. 10시 10분이 지나면서 황명선 의원이 먼저 시작하자고 제..

허태정 "공공기관 유치 위해 시청사도 내줄 수 있다"… 대전 이전 희망기관도 잇따라
허태정 "공공기관 유치 위해 시청사도 내줄 수 있다"… 대전 이전 희망기관도 잇따라

허태정 대전시장이 정부의 2차 공공기관 지방 이전을 앞두고 대전시청사까지 내어줄 수 있다며 강력한 유치 의지를 드러냈다. 수도권 공공기관들의 대전 이전 희망 움직임도 잇따르는 가운데 대전시는 전국적인 교통 접근성과 대덕연구개발특구를 중심으로 한 연구개발 인프라를 앞세워 유치 경쟁력을 높인다는 구상이다. 3일 대전시에 따르면 허 시장은 이날 11월 확대간부회의에서 공공기관 유치를 위해서라면 시청사 제공까지 검토할 수 있다는 뜻을 밝히며 적극적인 대응을 주문했다. 전국 16개 지방자치단체들이 공공기관 유치전에 뛰어든 만큼 기존의 유치..

세종 중앙행정기관 2차 이전 절차 본격화…정부 공청회 개최
세종 중앙행정기관 2차 이전 절차 본격화…정부 공청회 개최

중앙행정기관의 2차 세종 이전이 공청회를 시작으로 법정 계획 반영을 위한 절차에 돌입하며 본격화됐다. 공청회에선 성공적인 이전을 위해 국정 운영의 기능을 강화하기 위한 통합 관리체계를 마련하고, 이전 기관 종사자의 이주 대책 협의가 필요하다는 의견 등이 제시됐다. 행정안전부는 3일 정부서울청사 별관 대강당에서 2차 중앙행정기관 등의 이전계획 변경(안) 공청회를 개최했다. 이는 앞서 지난달 발표한 44개 중앙행정기관 2차 이전 계획을 법정 계획에 반영하기 위한 절차로, 이후 관계기관 협의와 대통령 승인을 거쳐 관보에 고시되면 효력이..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 국가철도공단 사랑의 연탄 나눔 국가철도공단 사랑의 연탄 나눔

  • 미래 전장 누빌 다양한 무인차량 미래 전장 누빌 다양한 무인차량

  • 대전 타이어전문점 화재 대전 타이어전문점 화재

  • ‘더 화려하고 아름답게’ ‘더 화려하고 아름답게’