[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. 대전 용문동4구역 재개발 정비구역 지정… 1656세대 공급 계획
  2. 울산 중구 성남동 옛 포차거리, 주말 골목마켓으로 재탄생
  3. '세종 행정수도법 연내 제정' 28일 국회서 다시 물꼬 튼다
  4. 천안시, 건강한 숲 조성 순환고리 '벌채-조림-숲가꾸기'
  5. '제3회 충남 월남전참전 전우회 활성화 행사' 천안서 개최
  1. 천안을 이재관 의원, "51억원 들인 해수부 '섬 원격진료', 실질적인 활성화 대책 마련해야"
  2. 백석대, 외국인 유학생과 따뜻한 밥상 나눠
  3. 충남교육청평생교육원, 성인 다문화 수강생과 '전통 한복체험' 진행
  4. 천안을 이재관 의원, "국가 방역조치로 폐원한 과수농가, 무병묘 특별지원으로 조기 영농복귀 지원해야"
  5. 남서울대 글로벌한국어문화학과, 외국인 유학생 '해외 한국어교육 실습' 성료

헤드라인 뉴스


포스트 국정감사 예산 전쟁 열린다…충청 총력 대응시급

포스트 국정감사 예산 전쟁 열린다…충청 총력 대응시급

이재명 정부 출범 후 두 번째 국정감사가 막을 내리는 가운데 820조 9000억원에 달하는 내년 정부 예산안에 대한 대응이 충청권의 과제로 떠오르고 있다. 대전 트램, 국회 세종의사당, 대통령 세종집무실 등 지역발전을 위한 예산을 증액하거나 미반영 된 예산을 추가로 반영하는 과제가 충청 여야에 주어진 것이다. 행정수도 특별법 연내 제정과 국가 반도체종합연구소 대전설립, 공공기관 제2차 지방 이전 등도 포스트 국감 정국에서 힘을 쏟아야 하는 지점이다. 국회에 따르면 26∼27일 법제사법·외교통일·국방·행정안전·보건복지·기후에너지환경노..

가을 이사철에 대전·세종·충남 가계대출 상승세... 단, 연체율 증가에 차주상환 부담도
가을 이사철에 대전·세종·충남 가계대출 상승세... 단, 연체율 증가에 차주상환 부담도

가을 이사철을 앞두고 대전·세종·충남 시중은행 가계대출 상승 폭이 두드러지고 있다. 다만, 기준금리 인상 기조에도 가계의 건전성을 판단하는 연체율도 소폭 오름세를 보이면서 고금리 장기화에 따른 차주들의 상환 부담 누적으로 가계 건전성에 대한 우려가 나오고 있다. 25일 한국은행 대전세종충남본부가 발표한 '8월 중 대전·세종·충남지역 금융기관 여수신동향' 보고서에 따르면 지역 시중은행 가계대출은 모두 큰 폭으로 오른 것으로 집계됐다. 우선 대전의 8월 가계대출은 잔액은 23조 4296억 원으로, 8월 한 달 4562억 원 증가했다...

충남대 통합 무산되면 재정 손실만 500억원 이른다
충남대 통합 무산되면 재정 손실만 500억원 이른다

충남대와 국립공주대의 통합신청서 제출안이 구성원 투표에서 부결된 이후 통합 재추진에 나서고 있는 충남대가 통합 무산 시 예상되는 재정 손실 규모가 500억원에 이른다고 공개했다. 충남대는 23일 유성구 정심화국제문화회관 백마홀에서 학내 구성원과 동문 등을 대상으로 '충남대학교 미래 발전을 위한 전 구성원 의견수렴 공청회'를 열고 통합신청서를 12월 31일까지 제출하지 못하면 글로컬대학30 사업비 516억원(국비 430억원·지방비 86억원)이 감액된다고 밝혔다. 내년 2월 28일까지도 제출하지 못하면 사업이 취소되고, 선지급된 123..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 수험생들의 꿈을 향한 섬세한 붓 터치 수험생들의 꿈을 향한 섬세한 붓 터치

  • 2026 대전 장애인 취·창업박람회 성료 2026 대전 장애인 취·창업박람회 성료

  • 대전 3대 하천 가을 꽃단지 ‘인기’ 대전 3대 하천 가을 꽃단지 ‘인기’

  • 대전경찰청, 제81주년 경찰의 날 기념식 개최 대전경찰청, 제81주년 경찰의 날 기념식 개최