'암흑물질' 신호 찾았다… 우주 미스터리 풀리나?

'암흑물질' 신호 찾았다… 우주 미스터리 풀리나?

• 2014-12-12 11:18
• CBS노컷뉴스 감일근 기자 메일보내기

안드로메다 은하와 페르세우스 은하군에서 암흑물질로 추정되는 X선 관측

암흑물질(푸른색)이 빛을 발하는 물질(붉은색)로부터 분리돼 있다. (사진=NASA 찬드라 우주망원경)

천문학자들이 마침내 암흑물질의 신호를 찾았다. 암흑물질은 우주 물질의 대부분을 차지하고 있을 것으로 추정되지만 그 존재를 찾을 수 없어 우주의 가장 큰 불가사의 중 하나로 여겨져 왔다.

ESA(유럽우주국)의 XMM뉴튼 우주선(XMM-Newton spacecraft)이 수집한 데이터를 분석하던 연구진은 두 개의 다른 천체가 이전에 보지 못한 X선을 방출하고 있는 것을 발견했다. 두 개의 천체는 안드로메다 은하와 페르세우스 은하군이다.

이 신호들은 이전에 알려진 입자나 원자가 전혀 아니기 때문에 과학자들은 암흑물질에서 나오는 것일 가능성이 있다고 보는 것이다.

논문의 공동저자인 스위스 로잔 공과대학(École Polytechnique Fédérale de Lausanne) 올레그 루차이스키(Oleg Ruchayskiy)는 "은하 내부에서 이 신호의 분포 상태는 그동안 암흑물질이 그럴 것으로 예상했던 것과 일치했다"며 "즉 물체 중앙은 밀도가 높고 집중적이며, 가장자리는 밀도가 낮고 분산적이었다"고 설명했다.

연구를 이끈 로잔 공과대학과 네덜란드 레이든 대학 알렉시 보야르스키(Alexey Boyarsky)는 "이번 발견을 검정하기 위해 우리 은하로부터 나온 데이터를 확인했으며 같은 관측 결과를 얻었다"고 말했다.

암흑물질은 빛을 흡수하거나 방출하지 않고, 따라서 직접적인 방법으로 관측할 수 없기 때문에 붙여진 이름이다. 그러나 눈으로 볼 수 있고 만질 수 있는 보통의 물질이 갖는 중력에 암흑물질이 반응하기 때문에 그 존재를 확인할 수 있다.

암흑물질은 우주의 여기저기서 수많이 존재한다. 별의 운동과 은하의 역학을 통해 분석하면 우주물질의 80%는 중력에 반응하지만 빛에는 반응하지 않는 이 암흑 물질로 추정된다.

그동안 과학자들은 암흑물질을 구성하고 있는 후보로 보이는 여러 개의 특이한 입자들을 제시했다. 이 가운데는 약하게 반응하는 무거운 입자라는 의미의 윔스(WIMPs; weakly interacting massive particles), 액시온(axion), 비활성 중성미자(sterile neutrinos), 보통의 중성미자의 가상적인 4촌(전자를 닮았지만 전하가 없는 입자) 등이 있다.

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비활성중성미자가 붕괴하면 X선을 방출한다. 연구진은 이것이 안드로메다와 페르세우스 은하군에서 방출되는 불가사의한 신호의 암흑물질 입자일 것으로 추정하고 있다.

만약 이번 연구 결과가 받아들여지면 천문학계에는 또 하나의 새로운 기원이 열리는 것이라고 연구진은 평가했다.

보야르스키는 "이번 발견이 확정되면 암흑물질에서 나오는 신호를 연구하기 위한 새로운 망원경을 만들어야 할 것"이라며 "우주에서 암흑물질로 이뤄진 물체를 찾기 위해 어디를 관찰해야 할지 알게 되고, 우주가 어떻게 구성돼 있는지 그림을 다시 그려야 할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 다음 주 물리학 국제 학술잡지인 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에 실릴 예정이다.

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