(Acceleration as a function of radius in NGC 4455, one of the studied galaxies. Credit: Di Paolo et al. modified from survey SDSS9.)
우주에 있는 물질보다 훨씬 많은 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체는 현재 과학자들이 풀어야 할 가장 큰 숙제라고 할 수 있습니다. 그중에서 암흑 물질은 그 정체를 풀기 위해 수많은 실험이 진행되고 있지만 약간의 실마리 얻지 못한 상태입니다. 앞서 소개한 것처럼 암흑 물질을 검출하기 위한 실험은 모두 실패로 끝났습니다. 물론 그래도 도전은 계속되고 있지만, 이쯤 되면 실제로는 암흑 물질이 존재하지 않는 것이 아닌가 하는 합리적인 의심이 가능합니다.
우리가 암흑 물질의 존재를 아는 이유는 은하와 은하단의 이동 속도나 형태가 눈에 보이는 물질만으로는 설명되지 않는데 있습니다. 보이지 않지만 뭔가 중력을 행사하는 물질이 있다는 것입니다. 이에 대한 대안적인 설명 가운데 하나가 수정된 중력 이론인 modified Newtonian dynamics (MOND)입니다. 눈에 보이지 않는 물질 대신 중력 이론을 수정하는 것이죠.
국제 고등 연구소 (International School of Advanced Studies (SISSA))의 키아라 디 파올로 (Chiara Di Paolo)와 그 동료들은 153개의 은하의 자전 속도와 형태를 분석해 MOND 이론의 타당성을 검증했습니다. 그 결과 암흑 물질을 가정한 모델에 더 적합하다는 결론이 나왔습니다. 이를 다시 72 개의 low surface brightness (LSB) 은하와 34 개의 왜소 디스크 은하 (dwarf disc galaxies)로 검증해도 같은 결과를 얻었습니다. 은하의 관측 결과는 암흑 물질이 없는 모델이나 MOND 모델 모두와 맞지 않았습니다. (사진)
결론적으로 암흑 물질에 대한 대안적 설명은 현재의 우주를 설명하기 어려우며 과학자들은 암흑 물질의 정체를 찾기 위해 더 노력해야 할 것으로 보입니다. 물론 이 노력은 지금도 계속되고 있으며 언젠가 답을 찾는 날이 올 것으로 생각합니다.
참고
C. Di Paolo et al. The Radial Acceleration Relation (RAR): Crucial Cases of Dwarf Disks and Low-surface-brightness Galaxies, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/aaffd6
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