하늘을 보면 별, 행성, 은하로 가득 찬 우주를 볼 수 있습니다. 우리의 눈은 많은 것을 볼 수 있지만, 실제로 볼 수 있는 것은 우주의 일부에 불과합니다. 우주의 95%는 우리에게 보이지 않습니다. 우주의 대부분은 암흑 물질 이라는 신비한 물질로 구성되어 있기 때문입니다. 암흑 물질은 우주 전체 물질의 약 27%를 차지하며, 암흑 에너지는 68%를 차지합니다.
눈에 보이는 모든 은하, 별, 행성이 우주에 5%에 불과하다는 것을 의미합니다. 나머지는 눈에 보이지 않을 뿐만 아니라 그것에 대해 거의 모릅니다.
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암흑 물질.
앞서 언급 했듯이 우주 물질의 27%는 암흑 물질로 구성되어 있습니다. 과학자들이 알고 있는 암흑 물질에 대한 유일한 것은 중력을 발휘하고 중력을 통하지 않고는 빛이나 일반 물질과 상호 작용하지 않는다는 것입니다.
암흑 물질의 존재는 1933년 스위스 천문학자 프리츠 츠비키에 의해 처음 제시되었습니다. 그는 코마 성단이라고 불리는 은하단을 관찰하면서 성단의 질량을 측정하려고 했습니다. 뉴턴과 아인슈타인의 중력 수학을 사용하여 클러스터의 전체 질량을 측정했습니다. 그러나 곧 문제에 봉착했습니다.
그의 계산에 따르면, 은하계를 하나의 그룹으로 묶을 만큼의 질량이 충분하지 않았습니다. 물리 법칙 자체에 기초하여 대부분의 은하단은 무너져야 하지만 그렇지 않습니다. 은하계를 유지하는 중력을 발휘하는 어떤 형태의 물질이 존재한다는 이론을 세웠습니다. 이 알 수 없는 형태의 물질은 암흑 물질로 알려지게 되었고, 시간이 지남에 따라 그 존재에 대한 더 많은 증거가 우주 전역에 걸쳐 나타나기 시작했습니다.
1960년대에 미국의 천문학자 베라 루빈은 암흑 물질과 관련하여 중요한 발견을 하였습니다. 루빈은 은하들의 회전 속도를 측정 하였습니다. 태양에 가까워질수록 행성의 공전 속도는 빨라집니다. 예를 들어 수성은 88일 마다 한 바퀴 도는 반면, 먼 행성인 해왕성은 165년마다 한번 공전을 합니다.
우리 태양계처럼, 은하의 중심에 더 가까운 별들이 은하의 바깥 지역에 있는 별들보다 더 빠르게 공전할 것으로 예측되었습니다.
그러나 루빈은 모든 별이 상대적으로 같은 속도로 은하 중심을 공전하는 사실을 발견했습니다. 대부분의 은하계의 질량 분포를 고려할 때 이런 일은 일어나지 않아야 합니다. 루빈은 중력이 별을 더 빨리 움직이게 하는 암흑 물질의 증거를 발견했다는 것을 깨달았습니다.
암흑 물질의 발견 이후 과학자들은 그것이 무엇인지에 대해 의아해했습니다. 아마도 일부 사람들은 암흑 물질이 악성 행성, 블랙홀, 백색 왜성이나 중성자 별과 같이 망원경으로 볼 수 없는 작은 물체의 축적이라고 생각했습니다. 그러나 이 물체를 설명하더라도 우주를 함께 유지하는 데 필요한 암흑 물질의 양을 숫자로 합산하지는 않습니다.
최근 몇년, 설득력 있는 증거가 입증되었습니다. 바로 중력 렌즈 현상입니다. 이 현상은 Albert Einstein이 일반 상대성 이론에서 설명했습니다. 아인슈타인은 중력 자체가 단순히 질량을 가진 물체에 의해 공간이 뒤틀리고 구부러진다고 했습니다.
예를 들어, 행성이 공간 자체의 곡률을 따라 이동하는 동안 태양은 주변 공간을 휘게 합니다. 아인슈타인은 이것이 사실이라면 빛도 곡선 공간을 따라 이동할 때 물체 주위에서 구부러질 것임을 알았습니다. 아인슈타인의 중력 이론이 입증된 것은 일식 동안이었습니다.
천문학자들은 배경 별에서 나오는 빛이 태양 주위에서 구부러지는 것을 관찰했습니다. 이 현상은 중력 렌즈 효과로 알려져 있는데, 이는 돋보기처럼 공간 자체가 들어오는 빛을 굴절시키고 멀리 있는 물체를 휘게 하거나 확대할 수 있기 때문입니다.
이 뒤틀림의 크기는 빛의 경로를 휘게 하는 물체의 질량을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 따라서 우주의 27%가 암흑 물질이라면 중력 렌즈 효과는 상당히 흔한 일입니다.
허블 망원경은 우주 전역에서 발생하는 중력 렌즈 효과를 발견했습니다. Zwicky와 Rubin의 발견과 마찬가지로 일부 은하단의 중력 렌즈 효과는 보이는 물체의 질량으로 설명할 수 없었습니다. 오히려 계산을 통해 중력을 발휘하는 숨겨진 형태의 물질이 드러났습니다. 아직까지 천문학자들은 암흑 물질에 대해 거의 알지 못합니다. 지금까지 암흑 물질을 밝히기 위해 고안된 모든 실험은 빈손으로 나타났습니다.
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