천문학에서의 암흑물질에 대한 깊은 고찰

목차

1. 암흑물질에 대하여

2. 암흑물질의 존재 유무에 대한 논의

 

 

 

 

 

 

1. 암흑물질에 대하여

앞서 암흑물질에 대한 이름이 어떻게 해서 붙여지게 되었는가에 대한 이야기가 있었다. 좀 더 암흑물질에 대한 얘기를 계속 해보자면 암흑물질에서의 암흑이라는 단어가 붙은 이유가 실제로 중력에 의해 시공간이 왜곡되는 것이 존재한다는 증거가 거의 없다시피 하여 현재까지 전혀 그 정체를 알수가 없다는 개념에서 암묵적으로 붙여진 이름이라 할수 있겠다. 실제로도 과학계에서는 측정에 의해 과학적으로 밝혀지는 것을 중요하게 생각하는 일부 보수적인 과학자들에 의해서 질량실종문제라고 불러지기도 한다. 실제로 존재하는 물질은 어떻게든 관찰이 가능하지만 관찰되어지는 것이 아무것도 없는 것에 대해서 물질이라고 부르는 것을 매우 비과학적이라고 생각하기 때문이다. 과학적인 관찰을 할때 매번 질량을 잘못 측정한 것이 아닌지 의심을 해볼수도 있지만 그렇다고 하기에는 관찰되지 않는 질량이 너무 많다는 것이 문제이다. 과학자들의 상식으로는 질량이 있는곳에는 무조건 중력이 있어야만 하는 것이지만 중력을 바탕으로 하여 추측한 우주에 존재하고 있는 물질들의 총량이 전자기파를 통해서 관찰되어지는 일반 물질 총량의 6배가 측정되어지고 이말은 즉 우주에 분포하고 있는 암흑물질의 양이 현재 과학자들이 관찰할수있는 물질보다 훨씬 많다는 것이다. 우리 은하를 비롯하여 우리와 가장 가까운 외계은하인 안드로메다 은하와 같은 은하들은 각자 자신의 질량보다 수백배에 달하는 암흑물질에 둘러쌓여 있을 것이라고 추정되고 있다. 은하의 크기가 크면 클수록 더 많은 암흑물질을 내포하고 있는 것으로 알려져 있다. 그렇다고 선형적으로 은하의 크기와 암흑물질이 절대적으로 비례하는 것은 아니어서 안드로메다 은하처럼 우리은하 보다 2배 이상 많은 별들을 가지고 있지만 우리 은하가 암흑물질이 더 많기 때문에 질량이 오히려 안드로메다 은하와 비슷할 것이라고 추측하고 있다. 암흑물질은 일반적으로 우리가 아는 물질과는 아주 다른 특성을 가지고 있을것으로 추정되며, 단순히 일반적인 물질을 구성하는 입자들이 관측이 되지 않는다 하더라도 이것이 암흑물질이라고 말해 질수도 있을 것이다. 우주는 잘 알다시피 핵융합을 하여 스스로 빛을 내는 항성을 제외하고는 수소와 기타 먼지들로 가득한데 이러한 물질들의 대부분은 우리눈으로 볼수 있는 가시광선 영역에 있지 않기 때문에 인간의 눈으로는 볼수가 없지만 특정 전파나 X레이 같이 가시광선과는 파장이 다른 것들에 의해서 간적접으로 측정이 가능할 뿐이다. 현재의 과학자들이 생각하고 있는 암흑물질이라는 것은 완전히 우리가 일반적으로 생각하는 물질과는 다른 물질로 보고 있다. 암흑물질은 대체적으로 어떠한 파장으로도 빛이나 입자를 거의 방출하지 않음으로 인해서 외부의 다른 입자들과도 거의 상호작용이 없기 때문에 강력한 중력에 의해 발생하는 소위 중력렌즈효과만으로만 관측이 가능할 뿐이다. 현재까지 검출되지는 않았지만 우리의 태양계나 지구의 주변 공간에도 아주 소량의 암흑물질들이 있을 가능성이 있다. 

 

2. 암흑물질의 존재 유무에 대한 논의

암흑물질의 존재 유무는 과학자들 사이에서도 논란의 소지가 있는 주제인데 역시 암흑물질이 관측되지 않아 불명확한 정체와 그에 대한 성질 그리고 그것들에 대한 기원이 정확히 확인이 안되어 있다는 것에 의해서 암흑물질의 존재 유무에 대한 논란을 더욱 키운 경향이 있다. 과학자들이 기존에 알고 있는 어떤 모델이나 공식들을 가지고도 전혀 설명이 안되고 있고, 암흑물질과 일반 물질만으로는 우주의 팽창에 관련한 설명이 불가능 하기 때문에 현재 과학자들은 암흑에너지라는 새로운 개념을 다시금 도입해야만 하였다. 하지만 암흑물질 존재에 대해서 회의적인 일부 과학자들은 일반적인 물질과 상호작용도 없고 관측도 되지 않는 이러한 암흑물질이나 에너지는 그냥 단순 가설에 불과하며 훗날 없어질 이론이라고 취부하였다. 그리고 질량보존이 법칙에 위배되지 않고서 유기물 연소시에 질량감소를 설명하기 위한 양의 플로지스톤, 금속 연소시에 질량의 증가를 설명하는 음의 플로지스톤 그리고 뉴튼역학으로는 설명이 불가능한 수성의 근일점 세차 운동 문제에 관측되지 않은 미지의 행성을 도입한 것이 암흑물질과 에너지의 도입과 매우 유사해서 인류가 17세기 때와 똑같은 실수를 또 반복하고 있지 않냐는 비판 또한 있다.  하지만 암흑물질과 에너지 이론은 보수적인 학계의 엄격한 테스트를 통과했기 때문에 인정되어 졌다고 봐도 무방할 것이다. 일단 암흑물질에 대해서 다시 말하자면, 암흑물질이 어떤것인가를 떠나서 우리의 과학기술이 아직까지 밝혀내지 못한 그 무언가가 있다는 것은 확실하다. 우리가 기존에 알고 있던 물리법칙들을 넘어선 완전 새로운 물질일수도 있고, 또는 우리가 실제로 이미 알고 있는 물질들의 새로운 반응일수도 있으며, 우리가 이미 알고 있지만 전혀 예상치 못한 것일수도 있다. 그렇지만 아직까지 인류의 과학기술은 이러한 것을 밝혀내기에는 한계가 있으며, 오늘날에는 과학계에서 이제는 전혀 존재하지 않는다고 결론을 내버린 에테르나 프로지스톤 과 같이 도저히 설명할 방법이 없고 그당시 모든 과학자들이 사실이라고 믿었지만 오늘날에는 그냥 단순 가설로 끝나버린 경우도 있는 것이다. 암흑물질 또한 그러할수가 있는 것이다. 하지만 암흑물질이 단순 가설이라고 취부해 버리기에는 현재 과학자들에게서도 아직까지 밝혀내지 못한 은하들의 측정가능한 질량으로는 도저히 설명 불가능한 그 이상의 중력에 대한 설명을 암흑물질이 아니고서는 설명할수 없다는 것에 있고 이러한 관측결과는 사실이기에 부정할수는 없고 단지 지금의 중력이론에 대한 수정 및 보완을 통해서 질량실종문제에 대한 답을 얻으려고 하고 있는 것이다.