암흑물질: 두 판 사이의 차이

{{물리우주론}}

 

'''암흑물질'''(暗黑物質, {{llang|en|dark matter}})<ref>한국천문학회 편 천문학용어집 69쪽 좌단 31째줄</ref>은 우주에 널리 분포하는 물질로서, [[전자기파]] 즉 빛과 상호작용하지 않으면서 질량을 가지는 물질이다. 암흑 물질이 분포하는 곳에서는, 그 중력에 의한 [[일반 상대성 이론]]의 효과 때문에 주변의 [[항성]]이나 [[은하]]의 운동이 교란되기도 하고, 빛의 경로가 굽어지기도 한다. 암흑 물질의 존재는, 은하 등의 총 [[질량]]을 계산할 때, 광학적 관측을 통해 얻어진 값이, 중력 효과를 통해 계산한 값보다 현저히 작다는 사실로부터 유추할 수 있다. 암흑 물질의 존재는 현재 정설로 인정되며, [[빅뱅]] 이론 및 [[ΛCDM 모형]]의 핵심 요소다. 아직 암흑 물질이 어떤 [[입자]]로 만들어졌는지는 알려지지 않았다. 이를 '''[[암흑 물질 문제]]'''(dark matter problem)라 한다. 현재, 학계에서는 아직 발견되지 않은 입자 ([[초대칭|초짝입자]]나 [[액시온]] 따위)일 것이라는 이론이 주류이다. 암흑 물질은 우주의 총 에너지의 대략 23%를 차지하며<ref name="PlanckI">{{저널 인용

 

이는 은하계에서 항성의 속도 분포를 보면 더 확연해 진다. 암흑 물질이 없는 상황에서 속도 분포는 중심으로 부터의 거리에 반비례 하여 작아져야 하는데, 실제 관측되는 속도 분포는 거리에 상관없이 거의 일정하다.

 

우주의 암흑 물질의 분포는 중력 이론과 전산 모사를 통하여 간접적으로 알 수 있다. 은하의 중심에는 많은 암흑 물질이 분포할 것으로 예상되고 있다. 태양과 같은 항성의 중심이나 구상성단의 중심에 암흑 물질이 분포한다는 이론도 존재한다. 실험적으로는 이러한 곳에 존재하는 암흑 물질이 서로 쌍소멸하면서 발생하는 전자기파를 관측하려는 노력이 이어지고 있다. 우주 전체의 암흑 물질의 양은 [[우주 마이크로파 배경]]을 정밀 측정하여, 그 공간 분포를 이해하게 되면 알 수 있다. 이를 통해 알려진 우주 전체의 암흑 물질의 양은 일반 물질의 약 7배에 해당하며, 이것은 우주의 팽창을 멈추게 하기 위해 필요한 양의 1/4의 해당한다<ref>[[미국 항공 우주국]](NASA)의 [[WMAP]] 실험 결과, [http://map.gsfc.nasa.gov/news/5yr_release.html "Five Year Results on the Oldest Light in the Universe"].</ref>

 

=== 중력 렌즈 효과 ===

암흑 물질의 존재의 또다른 증거는 [[중력 렌즈]] 효과에서 온다. 이 효과에서는 [[퀘이사]]와 같은 매우 먼 광원에서 온 빛이 [[은하단]] 따위를 거치면서 [[굴절]]되어 지구에서 관측된다. 이에 따라, 은하단의 상이 은하단에 포함된 질량에 비례하여 왜곡되게 된다. 이를 통해 유추한 은하단의 질량은 직접적으로 관측되는 질량보다 더 크므로, 은하단에 포함된 암흑 물질의 존재를 알 수 있다.

 

현재 암흑 물질에 대한 가장 직접적인 증거는 [[총알 성단]]의 질량 분포다. 이 성단에서 중력 렌즈 효과로 유추한 질량 분포는 [[찬드라 우주 망원경]]이 [[엑스선]]으로 관측한 질량 분포와 일치하지 않으며, 이에 따라 암흑 물질이 어떻게 분포해 있는지 알 수 있다.

 

=== ΛCDM 모형 ===

[[ΛCDM 모형]]은 초기 우주의 팽창을 [[우주 상수]]와 차가운 [[암흑 물질]]로 설명하는 모형이다. 이 모형을 통하여 [[우주 마이크로파 배경]] 및 다른 여러 효과들을 계산할 수 있는데, 이들은 관측된 값들과 매우 잘 일치한다.