다음 우주의 과제는 암흑물질을 찾는 것이다

다음 우주의 과제는 암흑물질을 찾는 것이다

 

 

 

우주는 무엇으로 되어 있는가

 

우주에는 공기가 없다. 그러면 무엇이 있는 것일까?

빛은 파(波)라고 생각되고 있다. 그러면 매체가 있을 터이다. 일찍이는 에테르(aether)라 하는 물질이 공간을 채우고 있다? 그것이 빛을 전달하는 역할을 하고 있다.

그러나 어떤 이론적으로 또는 실험에 의한 연구를 하여도 에테르(aether)의 존재를 발견할 수는 없었다. 이것을 해결하기 위하여서는 발상의 전환이 필요하다.

그래서 나타난 것이 아인슈타인이다. 상대성이론에서 사실상 에테르의 존재를 부정하였다.

그렇지만 전혀 진공이 있을 수 있는가?

 

암흑물질(dark matter)이란

 

우주에 있는 물질은 모두가 원소로 이루어져있다. 그러면 전기적인 힘 환언하면 전하(電荷)를 가진 셈이다. 그러나 우주공간에 있는 어떤 것은 어떤 전자파도 내고 있지 않다. 그것이 현 단계에서 관측되지 않는 이유라고 생각되고 있다.

곧 우주공간에는 전하를 가지지 않는 미지의 물질로 가득 채워져 있다.

그것을 암흑물질(dark matter)이라고 부르고 있다.

역시 암흑물질이라는 영어 dark란 어둡다는 뜻만이 아니라 모른다, 곧 dark matter란 알 수 없는 물질이다.

 

암흑물질은 필요한가.

 

전자파 등의 빛은 파(波)인데 입자도 있다. 그러면 전달하는 매체가 없어도 문제가 없다.

그런 의미에서는 무리하게 에텔을 찾아낼 필요도 없다.

그러나 1930년대에 스위스 천문학자 후리츠 비키(（Fritz Zwicky 、1898 – 1974)는 깨달았다.

은하단의 움직임은 눈에 보이는 물질이 가진 중력만으로는 설명할 수가 없다. 곧 전자파는 내지 않지만 질량을 가진 물질이 있을 것이다.

같은 모양으로 1970년대 미국의 베라 루빈（Vera (Cooper) Rubin, 1928-2016=미국 천문학자)도 주장하였다. 은하의 원반운동을 설명하는 데는 보이지 않는 물질이 필요하다. 실제로 논리적인 계산을 해보니 우주에 있는 물질의 태반은 암흑물질이 차지하고 있다.

별들로 모인 물질은 수 %밖에 없다. 충격적인 방향으로 우주의 이야기는 나가고 있는 것 같다.

 

암흑물질에 구하는 특징

 

모르는 물질 실제 문제로서 암흑물질이란 무엇인가. 어떤 물질을 상상하면 좋을 것인가.

구체적으로는 3가지 패턴이 있다.

 

1, 가볍고 빠른 뉴트리노

제1후보는 가볍고 빠른 뉴트리노이다. 빨리 움직이면 고온이 되므로 홋트 다크마터(hot matter)라 불린다. 그러나 뉴트리노가 암흑물질이라고 가정하면 현재의 우주연령이라고 추정되고 있는 138억 년으로는 은하가 되지 않는다. 조금 부정적으로 생각되고 있다.

 

2, 무겁고 느린 소립자

다음 후보는 느리고 무거운 소립자이다. 속도가 느리므로 콜드 다크마터(cold matter)라 불린다. 이 경우에는 현재와 같은 우주가 생겨나도 계산상 문제는 없다.

 

3, 중간 정도의 속도인 소립자

3번째의 후보로서 위의 두 가지 중간적 존재로 중간 정도의 속도인 소립자를 들고 있다. 명명도 웜 다크마터(Warm dark matter)라 불린다. 이 경우에도 현재의 우주를 시뮬레이션(simulation)할 수 있다.

 

어떻게 해서 찾아낼 것인가

 

실제문제로서 어떻게 찾을 것인가. 관측은 꾸준히 계속하고 있는가. 물론 대단히 노력하고 있다.

그러나 힉스입자도 중력파도 보이지 않는다. 113번째의 원소이지만 400조회나 실험을 해서 발견하였다.

관측 기술의 향상도 있다. 가까운 장래에 암흑물질이 발견되었다는 감동적인 회견이 행해지겠지.

 

이번에는 관측하지 못하였다,

 

2016년 7월 21일 유럽 대학에 의한 대형지하 기세논실험（LUX xenon=원자번호54의 원소. 기호는 Xe）은 암흑물질 관측이 되지 않았다는 것을 발표하였다.

그러나 2020년을 목표로 재도전할 것 같다. 실험설비의 감도를 높임으로써 다음에는 어떤 일을 알 수 있을는지 기대된다.*

 

일본어원문=次なる宇宙の課題はダークマターを探すことです

출처=https://www.inc-reliance.jp/science/48858