암흑물질 미스터리 (15) 썸네일형 리스트형 15. 암흑물질 미스터리 , 허블 텐션과 암흑물질 — 우주 팽창률 불일치의 배후 허블 텐션과 암흑물질 — 우주 팽창률 불일치의 배후우주가 얼마나 빠르게 팽창하는지를 두 가지 독립적인 방법으로 측정했다. 두 답이 일치하지 않는다. 이것이 허블 텐션(Hubble tension)이다. 우주 팽창률인 허블 상수(H₀)를 구하는 두 방법이 서로 다른 값을 주고, 그 차이는 측정 오차로 설명하기 어려울 만큼 벌어져 있다.허블 텐션이란 초기 우주 관측(CMB 기반)과 현재 우주 관측(거리 사다리)에서 각각 도출된 허블 상수 값이 통계적으로 유의미하게 다르다는 현상이다. 현재 두 값의 불일치는 약 5 km/s/Mpc이며 통계적으로 약 5시그마 수준이다. 이 수준은 우연한 측정 오차로 설명하기 어렵다는 것이 현재 물리학계의 평가다.이 불일치가 단순한 측정 문제인지, 아니면 표준 우주론 모델(람다-C.. 14. 암흑물질 미스터리 , 암흑은하는 존재하는가 — 암흑물질만으로 이루어진 천체 암흑은하는 존재하는가 — 암흑물질만으로 이루어진 천체별이 거의 없고 암흑물질만 가득한 은하가 있다면, 우리는 그것을 어떻게 찾을 수 있을까. 암흑은하(dark galaxy)란 별이 거의 없거나 전혀 없어 빛으로는 거의 보이지 않지만 암흑물질 헤일로를 가지는 천체를 말한다. 이 개념은 이론적으로 가능하지만 직접 확인하기 매우 어렵다.최근 천문학은 이 질문에 두 방향에서 접근하게 하는 천체들을 발견했다. 하나는 별이 극히 적음에도 거대한 암흑물질 헤일로에 감싸인 초저밀도 은하고, 다른 하나는 반대로 암흑물질이 거의 없는 은하다. 두 극단이 같은 우주 안에 공존한다.이 발견들은 은하 형성에 대한 표준 이론이 더 복잡한 설명을 필요로 한다는 것을 보여준다. 암흑물질이 은하 형성의 필수 조건인지, 그리고 별 없이.. 13. 암흑물질 미스터리 , 스테릴 중성미자 — 세 번째 유력 후보의 현재 스테릴 중성미자 — 세 번째 유력 후보의 현재2014년, 여러 연구팀이 은하단의 X선 스펙트럼에서 설명되지 않는 신호를 발견했다. 에너지 3.55 keV에서 약한 X선 선이 나왔는데, 이것은 알려진 어떤 원자 전이로도 설명되지 않았다. 즉각 가설 하나가 제기됐다. 스테릴 중성미자가 붕괴하면서 나오는 신호일 수 있다는 것이었다.스테릴 중성미자(sterile neutrino)란 우리가 아는 세 종류의 활성 중성미자와 달리 약한 핵력도 전자기력도 강한 핵력도 느끼지 않는 가상의 입자다. 오직 중력으로만 상호작용하며, 드물게 활성 중성미자로 붕괴하면서 X선 광자를 방출할 수 있다. 이 성질이 암흑물질 후보로 주목받는 이유다.WIMPs가 탐색 공간을 좁혀가고 있는 상황에서, 스테릴 중성미자는 전혀 다른 방향에서 .. 12. 암흑물질 미스터리 , 암흑물질의 정체는 결국 밝혀질 수 있는가 — 탐색의 미래 암흑물질 탐색의 미래 — 정체는 결국 밝혀질 수 있는가암흑물질은 우주 에너지-질량의 약 27%를 차지한다. 그것이 무엇인지 아직 모른다. 수십 년의 탐색이 이어졌고 수십억 달러가 투입됐지만 직접적인 검출은 없었다. 그렇다면 암흑물질의 정체는 결국 밝혀질 수 있는가.암흑물질 탐색이란 암흑물질 입자를 직접 검출하거나 그 성질을 간접적으로 좁혀가는 실험과 관측의 총체다. 현재 세 방향이 동시에 진행된다. 지하 실험실의 직접 검출, 우주 망원경을 이용한 간접 관측, 가속기를 이용한 생성 탐색이다. 어느 방향에서 돌파구가 열릴지 아직 알 수 없다.답은 단순하지 않다. 실험 감도는 계속 향상되고 있고 새로운 접근 방법들이 등장하고 있다. 그러나 이론적으로는 암흑물질의 성질이 어떤 현재의 실험으로도 포착하기 어려운 .. 11. 암흑물질 미스터리 , 암흑 섹터 — 암흑물질도 자체적인 힘과 입자를 가질 수 있는가 암흑 섹터 — 암흑물질도 자체적인 힘과 입자를 가질 수 있는가암흑물질이 중력 외에 다른 힘을 갖는다면. 그리고 그 힘이 우리가 모르는 새로운 입자를 통해 전달된다면. 이것은 단순히 입자 하나를 찾는 문제가 아니다. 암흑물질 자체가 자체적인 물리학을 가진 별도의 세계, 즉 암흑 섹터(dark sector)를 이루고 있을 수 있다는 가설이다.암흑 섹터란 암흑물질이 우리가 아는 물질 세계와 분리된 채로 자체적인 힘과 입자를 가지는 체계를 이룰 수 있다는 이론적 가설이다. 우리 세계에 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력과 그것을 매개하는 입자들이 있듯, 암흑 섹터에도 암흑광자, 암흑원자 같은 구조가 있을 수 있다. 두 세계는 중력을 통해서만, 또는 극히 약한 혼합 효과를 통해 연결될 수 있다.이 가설은 검증하기 .. 10. 암흑물질 미스터리 , 암흑물질이 없으면 은하는 존재할 수 없다 — 구조 형성의 역설 암흑물질이 없으면 은하는 존재할 수 없다 — 구조 형성의 역설암흑물질은 단지 은하 바깥에 있는 무언가가 아니다. 은하가 처음 만들어지는 데 없어서는 안 될 요소였다. 빅뱅 이후 균일했던 우주에서 어떻게 은하가, 별이, 그리고 결국 우리가 만들어질 수 있었는가. 이 질문의 답에 암흑물질이 필수적으로 등장한다.암흑물질이 없었다면 은하는 존재할 수 없다는 것은 현재 우주론의 핵심 주장 중 하나다. 빅뱅 직후 일반 물질은 빛의 압력에 갇혀 중력으로 뭉치지 못했다. 반면 암흑물질은 빛과 상호작용하지 않아 그 훨씬 이전부터 독자적으로 밀도 높은 구조를 형성할 수 있었다. 이 암흑물질의 중력 씨앗이 없었다면 현재 우주의 나이 안에 오늘날과 같은 은하가 만들어질 수 없었다는 것이 시뮬레이션과 CMB 관측이 일관되게 보.. 09. 암흑물질 미스터리 , 소규모 구조 문제 — 냉 암흑물질 모델이 맞지 않는 세 가지 이유 소규모 구조 문제 — 냉 암흑물질 모델이 맞지 않는 세 가지 이유냉 암흑물질(CDM, Cold Dark Matter) 모델은 우주 대규모 구조를 설명하는 데 매우 성공적이다. 코스믹 웹의 필라멘트와 보이드 분포, 은하단의 형성, 우주 마이크로파 배경 복사의 미세한 구조까지 CDM과 관측이 잘 맞는다. 그런데 스케일을 줄이면 이야기가 달라진다. 소규모 구조 문제는 CDM 모델이 왜소 은하 수준에서 보이는 세 가지 예측 불일치를 통칭한다.소규모 구조 문제란 냉 암흑물질 모델이 은하 및 왜소 은하 스케일에서 관측과 맞지 않는 세 가지 현상을 말한다. 누락 위성 문제, Too-Big-To-Fail 문제, 코어-쐐기 문제가 그것이다. 이 문제들은 CDM 모델이 완전히 틀렸다는 것이 아니라, 소규모에서의 예측이 관.. 08. 암흑물질 미스터리 , 중력렌즈로 그린 암흑물질 지도 — 보이지 않는 것을 보는 법 중력렌즈로 그린 암흑물질 지도 — 보이지 않는 것을 보는 법빛을 내지 않고 흡수하지도 않는 물질을 어떻게 볼 수 있을까. 직접 볼 수는 없지만, 그것이 주변에 미치는 영향을 측정하면 된다. 암흑물질은 질량을 가지며, 질량은 주변의 빛을 휘게 한다. 이것이 중력렌즈(gravitational lensing)다. 암흑물질도 빛을 굴절시키고, 그 굴절 패턴을 분석하면 암흑물질이 어디에 얼마나 있는지 추적할 수 있다.중력렌즈란 질량이 주변 시공간을 휘어 배경 천체의 빛을 굴절시키는 현상이다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 예측하며, 렌즈 역할을 하는 질량이 클수록 굴절이 강해진다. 이 굴절을 분석하면 빛을 내지 않는 암흑물질의 위치와 양을 간접적으로 측정할 수 있다.중력렌즈를 이용한 암흑물질 지도 제작은 현재.. 이전 1 2 다음
