흥미진진 과학스토리 ㉑ 우주를 지키는 어둠의 힘 - 암흑물질

우주를 지키는 어둠의 힘 - 암흑물질

▲ ‘아인슈타인의 반지’ (출처_Hubblesite.org) 중력은 시공간을 휘게 만들어 빛을 마치 반지처럼 보이게 하는데,
    70년 전에 아인슈타인이 예측한 모형을 허블망원경이 찍었다. 암흑물질이 빛을 반지처럼 만들고 있다.

이 우주가 흩어지지 않고 모여 있는 이유는 중력 때문이다. 중력은 질량을 가진 물질들이 내는 힘이다. 이 힘을 계산해 보면 물질의 크기를 역산할 수 있는데 우리 우주에서 물질은 약 31.7%를 차지한다. 나머지 68.3%는 에너지 형태로 존재하고 있다. 암흑에너지라고 불리는 힘은 우주를 팽창시키려 하고, 물질은 중력으로 이 팽창을 막으려 한다. (19호, 20호 참조)

빅뱅 이후 138억 2천만년 동안 우주는 물질과 에너지의 전쟁의 역사이기도 하다. 에너지는 우주를 흩어놓으려 하고, 물질은 흩어지는 우주를 붙잡고 있다. 그런데 우리는 겨우 우주를 지키는 4.9%의 물질만 알 뿐, 26.8%의 물질에 대해서는 전혀 모르고 있다. 밤하늘에 빛나는 별, 지구 같은 행성, 우주 먼지들을 모두 합쳐봐야 겨우 4.9% 밖에 되지 않는다.

암흑물질로 알려진 우주의 은인을 우리는 영원히 모를 수밖에 없나? 아니다. 과학자들은 오늘도 후보 물질들을 만들어 놓고 열심히 찾고 있다.

“가장 유력한 후보는 뉴트리노의 초대칭 입자인 뉴트랄리노(neutralino)가 있다. 뉴트랄리노는 전자기력과는 상호 작용을 하지 않기 때문에 전자기파를 방출하지 않아서 볼 수가 없고, 원자핵과도 ‘아주’ 약하게만 상호작용을 한다. 그래서 이런 종류의 입자를 약하게 상호 작용하는 무거운 질량의 입자라는 뜻에서 WIMP（Weekly interactive massive particle）라고 부른다．WIMP로 추정되는 암흑 물질을 발견하기 위한 노력은 오랫동안 계속 되고 있다. (우주의끝을 찾아서, 이강환, 267쪽)

다소 낯선 단어지만 뉴트리노(중성미자)와 WIMP 정도는 암기해 두자. 뉴트리노(중성미자)는 핵융합반응을 하면서 발생한다. 이론 속에서만 존재하던 중성미자는 이 순간에도 태양에서 출발하여 매초 수백만 개가 우리 몸을 통과하고 있다는 사실이 이미 밝혀졌다. 이 중성미자와 대칭을 이루는 물질이 암흑물질 후보로 가장 유력하다고 한다.

암흑물질이 밝혀진다고 월급이 올라가는 것은 아니다. 그러나 우주를 지켜주는 고마운 물질에 대하여 겨우 4.9%를 아는 것과 31.7%를 아는 것은 많이 다르지 않을까. 지금은 우리가 우주에 대해 무지하다고 해도 가히 틀린 말은 아니겠지만 그때가 되면 이제는 조금은 안다고 해도 되지 않을까?

하여간 우선 감사하자. 우리가 알아주지 않아도 우주를 묵묵히 지켜주고 있는 존재들이 있으니 얼마나 다행인가?

‘과학책을읽는보통사람들‘ 회원 허심

#55호