[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. 화제 드라마 ‘100일의 거짓말’ 실제 무대, 논산 선샤인랜드 ‘시간여행 테마파크’ 재탄생
  2. 천안시, 천안삼거리초서 '아침밥 먹기' 캠페인 전개
  3. [기획] 농지 투기는 막고 영농 현실은 담는다… ‘농지 특별조치법’ 연내 입법 추진
  4. 천안시, '제30회 전국농아인대회' 성료…권익 증진·화합 다져
  5. 천안시, 청년농업인과 협업 빛났다…농업인 안전 캠페인 공모전 '우수'
  1. '한솔제지 또 사망사고' 대전노동청, 관내 제지업계 긴급 소집회의
  2. 천안문화재단, 24일 '지식공유포럼' 개최
  3. 한기대 김상연 교수, 'AsiaHaptics 2026' 공동 조직위원장 맡아
  4. 남서울대, '2026 영어 말하기 대회' 개최…수상자 11명 선정
  5. 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 5~6학년부 예선

헤드라인 뉴스


대전 트램 급전방식 연내 결론…수소 유지냐 전환이냐

대전 트램 급전방식 연내 결론…수소 유지냐 전환이냐

대전 도시철도 2호선 트램의 동력원인 급전방식을 재검토 중인 대전시가 연내 최종 결정을 내리겠다고 밝히면서 그 결과에 관심이 쏠리고 있다. 시는 가선 설치가 필요 없는 기존 수소트램 방식을 유지할지, 가선을 활용한 전기 공급 방식으로 전환할지를 놓고 고심 중인 것으로 알려졌다. 급전방식 변경 여부에 따라 트램 완공 시점과 향후 운영비 등에 상당한 영향을 미칠 것으로 전망돼 귀추가 주목된다. 일각에선 기존 수소트램 방식을 유지할 경우 막대한 운영비 부담이 예상되는 만큼 이를 줄이기 위한 제도적 지원이 뒷받침돼야 한다는 목소리도 나온다..

은행권 모기지보험 가입 문 연다... 대출 문턱 낮춰
은행권 모기지보험 가입 문 연다... 대출 문턱 낮춰

은행권이 그동안 주택담보대출 규제로 중단했던 모기지보험 가입 문을 열고 있다. 모기지보험 미가입 시엔 소액 임차보증금을 뺀 금액만 대출이 가능해 사실상 대출 한도가 줄었으나, 일부 은행권에서 가입을 재개하면서 대출 문턱이 낮아지는 모습이다. 15일 금융권 등에 따르면 하나은행은 고정형 주택담보대출 모기지보험 제한을 해제한 데 이어 변동형 주담대에 대한 모기지보험(MCI·MCG) 취급을 재개했다. MCI·MCG는 주택담보대출과 동시에 가입하는 보험으로 기존엔 이 보험이 없으면 소액 임차보증금을 뺀 금액만 대출이 가능해졌으나 가입을 열..

정부, 12차 석유최고가격 동결... 기름값 잡았지만 커지는 재정부담
정부, 12차 석유최고가격 동결... 기름값 잡았지만 커지는 재정부담

정부가 석유 최고가격을 4주간 더 동결하면서 대전·세종·충남지역 내 기름값도 당분간 안정세를 이어가게 됐다. 다만 당초 6개월로 예상했던 최고가격제가 최소 9개월로 늘어나 정유사 손실을 보전해야 하는 정부의 재정부담은 커질 전망이다. 산업통상부는 14일 0시부터 4주간 적용되는 12차 석유 최고가격을 기존과 같은 수준으로 동결했다. 이에 따라 정유사가 주유소에 공급하는 석유제품의 가격 상한은 ℓ당 휘발유 1784원, 경유 1773원, 등유 1380원으로 유지된다. 정부가 이번 동결을 결정한 배경은 중동 정세의 불확실성과 원유 운송비..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전 중등부 6강 2026 청양군수배 풋살 최강전 중등부 6강

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전 여자부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전 여자부 예선

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 3~4학년부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 3~4학년부 예선

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 5~6학년부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 5~6학년부 예선