“슈퍼지구를 지나 어느새 이번 여행의 막바지에 다다르고 있습니다. 마지막 정거장은 우리은하입니다. 우리 태양계가 속한 곳이지만 아직 아는 것보다 모르는 것이 훨씬 많은 미지의 세계죠. 이곳에서는 여러분의 눈에 보이는 것이 전부가 아니랍니다!”
우리은하는 바람개비처럼 빙글빙글 돌고 있어요. 정확히 말하면 은하의 중심을 기준으로 천체들이 공전을 하고 있죠. 이때 천체의 운동에 관한 케플러 법칙에 따르면 은하의 중심에서 먼 천체일수록 천천히 공전해야 한답니다. 그런데 실제 관측 결과는 이렇지 않아요. 중심에서 먼 천체들과 중심에 있는 천체들이 모두 비슷한 속도로 공전을 하고 있지요.
이에 과학자들은 ‘미지의 물체가 천체들이 빨리 움직이도록 힘을 가하고 있다’고 추측했어요. 그리고 이 물질에 ‘암흑물질’이라는 이름을 붙였지요. 아직까지 암흑물질에 대해선 알려진 바가 거의 없어요. 우주 전체의 27%를 이루고 있을 만큼 거대한 양이지만, 이 물질을 본 사람은 아무도 없죠.
1년 전, 유럽우주국(ESA)의 ‘가이아 위성’이 우리은하에 있는 10억 개의 별을 탐사하던 중 은하를 역주행하며 태양계 근처를 지나치는 한 무리의 별을 발견했어요. 그리고 최근 스페인 사라고사대학교 오헤어 박사팀이 역주행하는 별무리 속에 많은 양의 암흑물질이 섞여 있을 거라는 연구결과를 발표했답니다. 오헤어 박사는 이 현상에 ‘암흑물질 허리케인’이라는 이름을 붙였지요. 암흑물질 허리케인은 초속 500km의 속도로 수백만 년 동안 지구를 통과할 예정이에요.
지구는 암흑물질 허리케인에 휩쓸려 큰 재앙을 맞이할까요? 다행히 그럴 일은 없어요. 암흑물질은 물질과 상호작용을 거의 하지 않기 때문에 그저 유령처럼 우리 주변을 지나가거든요. 오히려 과학자들은 암흑물질의 특성을 관측할 수 있는 기회라며 반기는 분위기랍니다.
● 인터뷰 - 지하 1100m에서 암흑물질을 찾는다?
이현수(기초과학연구원 지하실험연구단 부연구단장), 하창현(기초과학연구원 지하실험연구단 연구위원)
‘아직 밝혀진 것이 없다’는 점에서 암흑물질은 과학자들의 호기심과 도전정신을 불러일으키고 있어요. 우리나라 기초과학연구원의 ‘코사인-100 연구단’은 현재 암흑물질의 후보 중 하나인 ‘윔프(WIMPs)’를 찾는 연구를 진행하고 있답니다.
Q 윔프는 어떻게 찾아낼 수 있나요?
‘요오드화나트륨’이라는 물질을 이용해요. 요오드화나트륨 결정에 윔프가 닿으면 약간의 빛이 나오는데, 이를 통해 윔프가 실제로 존재한다는 사실을 밝혀낼 수 있죠. 그런데 여기엔 한 가지 큰 문제점이 있어요. 요오드화나트륨 결정이 윔프 뿐만이 아니라 우주 방사선과 닿아도 빛을 낸다는 거예요.
Q 어떻게 문제를 해결하셨죠?
윔프를 찾아내기 위해선 최대한 외부의 우주 방사선을 막아야 해요. 이건 엄청나게 시끄러운 카페에서 친구의 이야기를 듣는 것과 비슷하답니다. 조용한 곳으로 자리를 옮겨야 친구의 이야기가 들리는 것처럼, 방해가 되는 우주 방사선을 막아야 윔프를 찾을 수 있는 거죠. 이를 위해 연구단은 지하 깊은 곳으로 들어갔답니다. 두꺼운 땅이 우주 방사선을 막아 주기 때문이에요. 현재 연구단은 지하 700m 깊이에서 실험을 하고 있으며 2019년에는 지하 1100m까지 내려갈 예정이랍니다.
Q 언제쯤 암흑물질을 찾아낼 수 있을까요?
글쎄요. 그걸 알고 있는 연구자는 아무도 없을 거예요. 암흑물질을 아예 못 찾을 수도 있죠. 하지만 그렇다고 연구가 실패로 돌아가는 건 아니에요. 연구 과정에서 윔프가 아닌, 전혀 새롭고 놀라운 발견을 할 수도 있거든요. 사실 그래서 암흑물질 연구가 더욱 흥미진진하답니다!
