[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. 충남대 상용직 노사갈등 160여일 만에 마침표…학내 신뢰 회복 과제
  2. 대전 갑천 엑스포다리 불꽃쇼 취소… 인파 밀집·안전사고 우려
  3. 포항서 방화 추정 불… "경찰 수사 절실"
  4. 2030년 완성기 맞는 세종시… 읍면동 활력 도모 방안은
  5. 대전 미분양 아파트 늘었는데…내년 주택시장 괜찮을까
  1. 사람 몰리는 오월드, 적자는 눈덩이… 도시공사 새 사장, 해법 나올까
  2. 단양수중보 녹조, 수공·환경청은 알고 단양군·충북도는 몰랐다
  3. 허태정 슈퍼위크…정부지원 촉구 시도지사 연대강화
  4. 제3회 서포 김만중 문학기행 성료…한글 문학의 발자취를 따라서
  5. 대전시 민선 9기 공약 77개 확정… 8조 3244억 투입

헤드라인 뉴스


[2026 국감] 병무청 국감, 예체능 병역특례 제도 등 쟁점

[2026 국감] 병무청 국감, 예체능 병역특례 제도 등 쟁점

12일 대전정부청사에서 진행된 국회 국방위원회의 병무청 국정감사에선 예술·체육 분야 병역특례 제도 개선을 촉구하는 여야 의원들의 질타가 이어졌다. 이번 아시안게임에 출전한 일부 선수들의 부적절한 언행과 함께 대중문화 분야와의 공정성 문제 등이 지적됐는데 홍소영 병무청장은 "국민 의견을 고려해 합리적인 개선 방안을 마련하겠다"고 밝혔다. 이날 병무청 국정감사는 예술·체육 분야 병역특례 제도가 쟁점으로, 여야 의원들이 한목소리로 제도 개선을 주문하고 나섰다. 앞서 국방부와 문화체육관광위원회를 상대로 열린 국감에서도 병역특례 제도에 대한..

이번엔 대동교… 트램 공사로 15일부터 왕복 2차로 축소
이번엔 대동교… 트램 공사로 15일부터 왕복 2차로 축소

대전 도시철도 2호선 트램 건설공사에 따라 오는 15일부터 동구 대동교 일대 차량 통행이 일부 제한된다. 60년 넘은 노후 교량을 철거하고 새 교량을 건설하는 공사로 2028년 6월까지 약 21개월간 기존 왕복 4차로가 2차로로 축소된다. 특히 19일부터 유성구 대덕대교, 11월에는 충남대학교 앞 온천교 개축공사까지 예정돼 있어 트램 공사에 따른 교통 불편이 대전 주요 도로 곳곳으로 확대될 전망이다. 12일 대전시에 따르면 도시철도 2호선 13공구에 포함된 대동교 개축공사로 10월 15일부터 대동오거리~베스티안병원네거리 구간의 차량..

대전역 쪽방촌 공공주택사업 손실 메꾸려 임대주택 분양 전환
대전역 쪽방촌 공공주택사업 손실 메꾸려 임대주택 분양 전환

한국토지주택공사(LH)가 대전역 쪽방촌 공공주택사업 장기간 지연으로 손실액이 증가하자 공공임대주택을 줄이고 분양주택을 늘렸다는 의혹이 제기됐다. 미뤄진 사업 기간, 주민에게 이주비와 주거비 등은 한 푼도 지원하지 않았고, 화재와 폭염 등에 따른 건강 피해조사는 물론 준공 때까지 거주할 이주대책도 제대로 마련하지 않았다는 문제도 나왔다. 국회 국토교통위원회 더불어민주당 장종태 의원(대전 서구갑)이 국토교통부와 LH가 제출한 대전역 쪽방촌 공공주택사업을 분석해 12일 제공한 자료에 따르면, 이 사업은 2022년 6월 착공해 2026년..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대덕구의회 파행에 뿔난 주민과 단식 돌입한 김찬술 구청장 대덕구의회 파행에 뿔난 주민과 단식 돌입한 김찬술 구청장

  • 코로나19 무료 예방접종 오늘부터 시작 코로나19 무료 예방접종 오늘부터 시작

  • 대전 주말 축제 ‘북적북적’ 대전 주말 축제 ‘북적북적’

  • 모래판 위에서 펼쳐진 한판 승부 모래판 위에서 펼쳐진 한판 승부