암흑물질 미스터리 (15) 썸네일형 리스트형 07. 암흑물질 미스터리 , 보이지 않는 우주 거미줄 — 암흑물질이 만든 대규모 구조 우주 거미줄 — 암흑물질이 만든 대규모 구조의 뼈대수억 광년 단위로 우주를 바라보면 은하들이 무작위로 흩어져 있지 않다. 거대한 실 구조로 연결되어 있다. 은하들은 필라멘트(filament)라 불리는 가닥들을 따라 줄지어 있고, 가닥이 교차하는 곳에는 은하단이 뭉쳐 있으며, 가닥 사이의 빈 공간은 아무것도 없는 거대한 보이드(void)다. 이것을 코스믹 웹(cosmic web), 즉 우주 거미줄이라고 부른다.코스믹 웹이란 우주의 은하들이 필라멘트, 시트, 보이드로 이루어진 그물망 구조를 형성하는 대규모 현상이다. 이 구조는 암흑물질이 빅뱅 직후부터 형성한 중력 골격을 따라 일반 물질이 흘러들어 만들어진 것으로, 수억 년에 걸친 중력 진화의 결과물이다.이 구조를 만들기 위해서는 일반 물질만으로는 부족하다... 06. 암흑물질 미스터리 , 액시온 — 강한 CP 문제에서 태어난 암흑물질 후보 액시온 — 강한 CP 문제에서 태어난 암흑물질 후보입자물리학에는 잘 알려지지 않은 이상한 우연이 있다. 강한 핵력을 기술하는 양자색역학(QCD) 이론에는 CP 대칭성을 깰 수 있는 항이 방정식 안에 자연스럽게 들어간다. 그런데 실험에서 강한 핵력은 CP 대칭을 거의 완벽하게 지킨다. 이론은 깨질 수 있다고 말하는데, 자연은 깨지 않는다. 이것이 강한 CP 문제다. 그리고 그 해결책으로 제안된 것이 액시온이라는 입자였다.액시온이란 1977년 물리학자 로베르토 펙케이(Roberto Peccei)와 헬렌 퀸(Helen Quinn)이 제안한 대칭성이 자발적으로 깨질 때 나타나는 가상의 입자다. 극도로 가볍고 전자기력과 거의 반응하지 않아 관측이 어렵지만, 강한 자기장 안에서 광자로 전환될 수 있다는 특성을 가진.. 05. 암흑물질 미스터리 , 암흑물질 대신 중력을 바꾸면 어떻게 되는가 — MOND 이론 MOND 이론 — 암흑물질 대신 중력을 바꾸면 어떻게 되는가암흑물질의 존재를 가정하지 않고 중력 법칙 자체를 조금 수정하면 어떨까. 은하 회전 곡선의 이상 현상을 설명하는 데 보이지 않는 물질이 필요한 게 아니라, 중력 공식이 특정 조건에서 달라진다면. MOND 이론은 이 발상에서 출발한다.MOND란 Modified Newtonian Dynamics, 즉 수정 뉴턴 역학의 약자다. 이스라엘 물리학자 모르데하이 밀그롬(Mordehai Milgrom)이 1983년 제안한 이 이론은, 중력 가속도가 어떤 임계값 이하로 작아지면 뉴턴 역학이 수정된다고 본다. 이 수정이 은하 외곽부처럼 중력이 극도로 약한 환경에서 발동하면, 보이지 않는 물질 없이도 평탄한 회전 곡선을 설명할 수 있다.수십 년이 지난 지금, MO.. 04. 암흑물질 미스터리 , 지하 1km에서 진행되는 가장 조용한 실험 — 암흑물질 직접 검출 암흑물질 직접 검출 실험 — 지하 1km의 극한 탐색암흑물질이 지금 이 순간에도 지구를 통과하고 있다면, 우리는 그것을 느낄 수 있을까. 암흑물질 직접 검출 실험은 이 질문에 정면으로 답하려는 시도다. 초고감도 검출기를 지하 1km 이상의 깊이에 설치하고, 암흑물질 입자가 원자핵에 충돌하는 순간을 기다린다.암흑물질 직접 검출이란 암흑물질 입자가 검출기 안의 원자핵을 건드릴 때 발생하는 극미한 신호를 포착하는 방식이다. 충돌이 일어나면 원자핵이 튕겨 나가며 빛과 전기 신호를 동시에 낸다. 이 두 신호의 비율을 분석하면 배경 잡음과 구분할 수 있다. 문제는 이 신호가 거의 없는 것에 가깝다는 점이다.XENON, LUX-ZEPLIN(LZ), PandaX 같은 최첨단 실험들이 수십 년째 가동되고 있지만 지금까지.. 03. 암흑물질 미스터리 , WIMPs는 어디 있는가 — 30년 탐색이 빈손인 이유 WIMPs는 어디 있는가 — 30년 탐색이 빈손인 이유30년 동안 물리학자들이 가장 유력하다고 믿었던 암흑물질 후보가 있다. 수십 개의 실험이 그것을 찾으려 했고 수십억 달러가 투입됐다. 그런데 지금까지 아무것도 나오지 않았다. 그 후보의 이름이 WIMPs다.WIMPs란 Weakly Interacting Massive Particle의 약자로, 약하게 상호작용하는 무거운 입자를 뜻한다. 빛이나 전자기력에 반응하지 않아 직접 볼 수 없지만, 질량이 있어 중력에 영향을 주고 약한 핵력으로는 극히 드물게 다른 물질과 반응한다고 이론적으로 예측된다. 현재까지 직접 검출된 사례는 없으나, 여전히 암흑물질의 유력 후보 중 하나로 연구되고 있다.이름에 담긴 특성 때문에 오랫동안 암흑물질의 가장 자연스러운 설명으로 여.. 02. 암흑물질 미스터리 , 총알 성단 — 보이지 않는 물질의 가장 강력한 증거 총알 성단이 암흑물질 증거로 인정받는 이유2006년 발표된 총알 성단(Bullet Cluster, 1E 0657-56) 합성 사진은 암흑물질 논쟁에서 하나의 전환점이 되었다. 지구에서 약 37억 광년 떨어진 이 천체는 두 은하단이 충돌한 흔적이다. 사진 속에는 분홍빛 구름과 파란빛 구름이 서로 다른 위치에 분리된 채 찍혀 있었다. 총알 성단은 암흑물질 연구에서 가장 자주 인용되는 관측 증거다.총알 성단이란 두 은하단이 충돌하는 과정에서 뜨거운 가스와 질량의 분포가 분리된 것이 확인된 천체계다. X선으로 관측되는 뜨거운 가스는 충돌 중심부에 뭉쳐 있는 반면, 중력렌즈 분석으로 추적한 질량 중심은 가스가 없는 위치에서 검출되었다. 이 분리는 가시 물질과 다르게 행동하는 어떤 물질이 있음을 시사한다.이 관측이.. 01. 암흑물질 미스터리 , 은하는 왜 예상보다 빨리 도는가 — 베라 루빈과 암흑물질의 발견 은하 회전 곡선과 암흑물질 — 베라 루빈이 발견한 우주의 공백태양계에서 바깥쪽 행성일수록 느리게 공전한다는 사실은 오래전부터 알려져 있었다. 이것이 케플러의 제3법칙이고, 지금껏 한 번도 어긋난 적이 없는 규칙이었다. 그런데 1970년대 천문학자 베라 루빈은 이 법칙을 은하 전체에 적용했을 때 전혀 다른 결과를 마주했다. 은하 바깥쪽 별들은 느려지지 않았다. 은하 회전 곡선은 예상과 달리 평탄했다.암흑물질이란 전자기파로는 관측되지 않지만 중력을 통해 존재가 간접 확인되는 미지의 물질이다. 빛을 내거나 흡수하지 않아 망원경으로는 직접 볼 수 없으며, 현재 우주 전체 에너지-질량의 약 27%를 차지하는 것으로 추정된다. 은하 회전 곡선의 이상 현상은 이 암흑물질의 존재를 처음으로 강하게 시사한 관측 증거였다.. 이전 1 2 다음
