우리가 밤하늘을 올려다볼 때, 반짝이는 별들과 은하들 너머에는 어떤 비밀이 숨겨져 있을까요?
나사는 수십 년간 광활한 우주를 탐험하며, 우리가 상상조차 할 수 없었던 경이로운 사실들을 밝혀냈습니다. 오늘은 우주를 이해하는 데 결정적인 열쇠가 될, 숨겨진 존재 ‘암흑 물질’에 대한 이야기를 나누어 볼까 합니다.
1. 빅뱅의 메아리, 그리고 우주의 초기 모습
나사는 지난 60여 년 동안 수많은 과학자와 첨단 장비를 동원해 우주 진화의 여정을 추적해왔습니다. 특히, 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)는 빅뱅 직후 우주의 모습을 담고 있는 귀중한 기록입니다. 이 CMB가 형성된 후, 최초의 별이 탄생하기까지의 시기를 과학자들은 ‘암흑기’라 부릅니다. 이 암흑기를 지나 별과 은하가 만들어지고 성숙하여, 현재 138억 년에 이르는 우주의 모습이 완성되었죠. 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐사선(WMAP) 망원경의 데이터 덕분에 우리는 우주의 나이가 정확히 137.98억 년임을 알게 되었고, 놀랍게도 우리가 아는 ‘원자’는 우주의 4.6%에 불과하다는 사실도 밝혀냈습니다. 그럼 나머지 95% 이상은 무엇으로 이루어져 있을까요? 바로 암흑 물질과 암흑 에너지입니다.
2. 은하의 이상 회전과 보이지 않는 중력의 증거
빅뱅 이후 처음 1억 5천만 년 동안은 은하나 별, 행성 같은 거대한 구조는 존재하지 않았습니다. 시간이 흐르며 첫 별들이 생겨났고, 이 별들이 모여 은하를 형성했으며, 은하들은 다시 서로 뭉치기 시작했습니다. 우리 태양계 행성들도 태양 주위에서 만들어졌듯이, 우주의 모든 은하와 은하단은 중력으로 묶여 있습니다. 그런데 과학자들은 이상한 점을 발견했습니다. 은하들이 예상보다 훨씬 빠른 속도로 회전하고 있었던 것이죠. 우리가 볼 수 있는 물질의 중력만으로는 도저히 설명할 수 없는 속도였습니다. 마치 보이지 않는 거대한 손이 은하를 더 강하게 붙잡고 있는 듯했습니다. 이 불가사의한 현상은 과학자들에게 “우리가 볼 수 없는 무언가가 작용하고 있다”는 강력한 믿음을 주었습니다.
3. 우주의 골격을 이루는 미스터리, 암흑 물질
이러한 의문점들을 해결하기 위해 입자 물리학자들은 ‘아주 기묘한 입자’의 존재를 확신하게 됩니다. 이 입자들은 우리 눈에는 보이지 않지만, 우주에 있는 모든 물질을 강력하게 끌어당겨 우리 주변에 뭉쳐 놓는 역할을 할 것이라 생각했습니다. 그리고 이 신비한 물질을 ‘암흑 물질’이라 부르게 되었습니다. 암흑 물질은 은하 질량의 대부분을 차지하며, 우리 우주의 거대 구조를 형성하는 토대가 됩니다. 하지만 아이러니하게도 암흑 물질은 빛을 방출하거나 반사하지 않기 때문에, 우주 공간에서 물질에 미치는 ‘중력적 끌어당김’을 통해서만 그 존재를 짐작할 수밖에 없습니다. 한마디로 암흑 물질은 우리가 관측할 수 있는 우주의 복잡한 현상을 설명하기 위한, 보이지 않는 존재에 대한 임시적인 이름인 셈입니다. 이 미스터리한 물질의 정체를 밝히는 것은 앞으로 우주를 이해하는 데 가장 중요한 과제가 될 것입니다.
