우주비밀의 열쇠 '암흑물질'

▲ 암흑물질을 분포한 밀도에 따라 등고선 방식으로 표시한 사진. 붉거나 푸른색을 띤 것은 일반물질을 가르키며 곡선간격이 촘촘할수록 암흑물질의 밀도가 높은 지역이다. 새해벽두부터 세계 천문학계를 흥분시키는 일대 사건이 벌어졌습니다. 이론상으로만 존재하던 우주 ‘암흑물질’의 존재가 최초로 입체적으로 관측된 것입니다. 사실 암흑물질은 우주론 역사상 가장 신비로운 것으로 여겨져 왔습니다. 암흑물질의 존재에 대한 상상이 처음으로 등장한 것은 1930년대입니다. 당시 스위스 출신의 물리학자이자 칼텍의 교수였던 ‘프리츠 츠비키’는 Coma Cluster(머리털자리 은하단)에 있는 은하들의 움직임이 뉴턴의 중력법칙과 다르다는 사실을 발견했습니다. 그는 ‘은하들이 엄청나게 빠르게 움직이고 있다. 여기에 뉴턴의 중력법칙을 적용하면 은하단은 당장 산산이 흩어져야한다. 하지만 그 형태가 유지되고 있는 것은 망원경에 보이지 않는 엄청난 양의 물질이 은하단 주변을 가득 채우고 있는 것을 의미한다’라고 생각했습니다. 즉, ‘정체불명의 물질이 우주의 대부분을 구성하고 있다’라는 것이 츠비키의 주장이었습니다. 하지만 당시의 천문학자들은 그의 주장에 대해 코웃음을 쳤습니다. 1962년 ‘베라 루빈’이라는 여성 천문학자가 태양계가 속한 은하수의 움직임이 뉴턴의 법칙과 다르다는 것을 관측했습니다. 그녀는 만일 은하수의 움직임이 뉴턴 법칙을 따르려면 은하수 총질량의 대부분은 눈에 보이지 않는 물질이라고 생각했습니다. 하지만 당시 여성이라는 선입견 때문에 그녀의 주장은 학계의 주목을 받지 못했습니다. 하지만 1978년 루빈과 동료 과학자들은 11개 은하를 관측해 이들 모두가 뉴턴 법칙에 맞지 않는 지나치게 빠른 속도로 회전하고 있는 것을 확인했습니다. 또 같은 해 네델란드의 천문학자 ‘알베르트 보스마’는 수십 개의 나선은하들을 분석한 끝에 루빈과 동일한 결론을 내렸습니다. 결국 이때서야 천문학계는 암흑물질을 인정하게 됐습니다. 하지만 암흑물질은 여전히 실재하지 않는 이론상의 존재였을 뿐입니다. 2007년 1월, 드디어 미국과 유럽, 일본 천문학자들이 최초로 이론상으로만 존재하던 암흑물질을 입체적으로 관측했습니다. 이들은 암흑물질의 존재를 확인하기 위해 별빛을 관측했습니다. 별빛이 미지의 물질인 암흑물질을 통과한다면 암흑물질이 지닌 강력한 중력 때문에 빛의 진로가 휘어질 것이기 때문입니다. 즉, 형태가 부자연스럽게 일그러진 은하를 관측하면 주변에 암흑물질이 있을 것으로 본 것입니다. 그 결과 연구진은 80억 광년 규모에 이르는 거대한 암흑물질의 입체구조를 확인하는데 성공한 것입니다. 하지만 암흑물질의 성분은 여전히 수수께끼입니다. 과학자들은 암흑물질의 정체가 명확히 밝혀진다면 우주의 시작과 끝, 질서에 대한 가장 큰 의문이 풀릴 것으로 생각하고 있습니다. 우주에 대한 연구는 현실 생활과 동떨어진 것처럼 보이지만 사실 우주론은 그 나라 과학자들의 사고의 깊이와 총체적인 과학의 수준을 그대로 보여주는 것입니다. 암흑물질의 정체를 처음으로 밝히는 영광은 우리 과학계가 거머쥐었으면 하는 바람입니다.

조문기 기자 [moon@imbc.com] - 2000년 입사 - '날씨와 생활' 진행 - 정보과학부, 문화과학부 (과학기술부, 기상, 의학 담당) -현 사회정책팀

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