나는 눈에 보이지 않지만 다양한 특징을 가지고 있어. 어떤 증거들로 내 존재가 확실하게 각인됐는지도 함께 알아보자~!

암흑물질은 1933년, 스위스의 천문학자 프리츠 츠비키에 의해 처음 발견됐어요. 츠비키는 3억 광년● 떨어진 별의 무리를 관측하다, 별들이 예상보다 빠르게 돈다는 것을 알게 됐어요. 당시 알려진 별과 가스의 질량만으로는 별이 회전하는 속도를 충분히 설명하지 못했어요. 츠비키는 보이지 않지만 중력으로 은하를 붙잡는 물질이 존재할 것으로 생각했고, 이것이 암흑물질 연구의 출발점이었습니다.

▲퍼블릭 도메인

암흑물질의 존재를 처음 알린 프리츠 츠비키.

암흑물질의 중요한 특징은 질량이 존재한다는 것입니다. 다만, 아직 정확한 질량이 알려지진 않아서 추측만 할 뿐이에요. 우주의 역사를 설명하는 우주 표준 모형에 따르면, 우주는 암흑에너지 약 70%, 암흑물질 25%, 별, 가스 같은 보통 물질 5%로 구성돼 있어요. 서울대학교 물리천문학부 천문학과 황호성 교수는 “암흑물질이 보통 물질보다 5배 더 많아서 질량이 5배 많다고 추정할 수 있다”고 말했습니다.

또, 암흑물질은 보통 물질과 거의 반응하지 않습니다. 보통 물질은 강력, 약력, 전자기력, 중력의 네 가지 힘을 주고받으며 상호작용을 하지만 암흑물질은 이러한 힘과 거의 반응하지 않습니다. 대신, 질량이 있어서 중력의 영향은 받아요. 그래서 다른 물질을 끌어당기거나, 다른 물질에 끌릴 수 있지요.

암흑물질은 다른 힘과 거의 상호작용을 하지 않아서, 존재를 간접적으로만 확인할 수 있어요. 대표적으로 중력 렌즈 현상이 있어요. 중력 렌즈 현상은 멀리 있는 은하의 빛이 질량을 가진 물질의 중력에 의해 휘어지는 현상을 의미해요. 예를 들어, 멀리 있는 별을 관찰하면 별 사이의 암흑물질 때문에 실제 위치와 다르게 보이지요.

은하가 회전하는 속도도 암흑물질의 존재를 뒷받침합니다. 원래라면 중심에서 거리가 먼 별은 중력이 약해져 회전 속도가 느려져야 해요. 하지만 중심과 가까이 있는 별과 멀리 떨어진 별의 회전 속도가 비슷했어요. 만유인력의 법칙●에 따르면, 중심에서 멀리 떨어진 별이 빠르게 돌려면 그만큼 큰 질량이 필요해요. 물체의 질량과 중력이 비례하기 때문이에요. 눈에 보이는 보통 물질만으로는 그만큼의 질량이 나올 수 없어서 과학자들은 보이지 않지만 질량이 있는 물질이 있다는 것을 추측했지요.

암흑물질이 은하에 미치는 영향

암흑물질이 있으면 은하가 안정적으로 회전할 수 있다.

암흑물질이 없으면 은하가 안정적으로 회전하기 힘들다.

우주 표준 모형에 따른 우주의 진화