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Jun 24, 2023

콴타 매거진

2023년 8월 29일 어두운 우주 렌즈는 멀리 있는 별빛을 왜곡하고 확대하여 그 모습을 드러냅니다. 과학자들은 이 렌즈가 암흑 물질의 본질을 밝히는 열쇠가 되기를 바라고 있습니다. 앨리슨 리/콴타

2023년 8월 29일

어두운 우주 렌즈는 멀리 있는 별빛을 왜곡하고 확대하여 그 모습을 드러냅니다. 과학자들은 이 렌즈가 암흑 물질의 본질을 밝히는 열쇠가 되기를 바라고 있습니다.

앨리슨 리/Quanta 매거진

기고 작가

2023년 8월 29일

지난 10월 제임스 웹 우주망원경이 에리다누스자리 별자리 근처 하늘을 처음으로 장노출로 촬영했을 때, 천문학자들은 우주의 가장 깊은 곳에서 나오는 것처럼 보이는 어둡고 깜박이는 빛의 점에 대한 이야기를 종합하기 시작했습니다.

그것이 무엇이든 간에, 그것은 초신성이 되기에는 너무 오랫동안 빛나고 있었습니다. 별 하나도 테이블에서 떨어졌습니다. 신호를 해독하기 위해 노력한 스페인 칸타브리아 물리학 연구소의 천체 물리학자인 호세 마리아 디에고(José María Diego)는 “아마도 CSI 영화 중 하나에 나오는 것 같은 느낌이 듭니다. 마치 형사가 된 것 같습니다.”라고 말했습니다. "테이블 위에 용의자가 너무 많아서 하나씩 제거해야 합니다."

디에고와 그의 동료들은 최근 희미한 빛의 얼룩이 모스라(Mothra)라는 별명을 붙인 극한 별 시스템에서 나오는 것으로 보인다고 보고했습니다. 이 별은 100억 년 전 전성기에 은하계의 거의 모든 것보다 더 빛났던 한 쌍의 초거성입니다.

그 당시에는 전체 우주가 지금의 지구보다 더 젊었습니다. 우리 행성은 모스라 광자가 빛을 포착할 적시에 거대한 적외선 감응 우주 망원경을 개발할 세계로의 우주 여행의 중간 지점에 도달한 후에야 합쳐지기 시작했습니다. 오래 전에는 불가능했던 개별 별계에서 방출되는 빛을 감지합니다. 그러나 실크 나방에서 영감을 얻은 괴수 괴물의 이름을 딴 Mothra는 천문학자들이 JWST와 허블 우주 망원경의 이미지에서 발견한 가장 오래되고, 가장 멀고, 일반적으로 최상급의 별 시스템의 최근 문자열 중 가장 최근에 나온 것입니다. 그리고 놀랍게도 모스라와 그 짐승 같은 형제들은 그 자체로 흥미로운 천체물리학적 물체이지만, 디에고를 가장 흥분시키는 것은 괴물 별들의 빛이 모스라와 지구 사이에 떠 있는 매우 다른 종류의 물체를 드러내는 것 같다는 것입니다. 그와 그의 동료들이 계산한 암흑 물질 덩어리의 무게는 태양 질량의 10,000배에서 250만 배 사이입니다.

그러한 물체가 실제로 존재한다면(현재 예비 결론) 그것은 물리학자들이 암흑 물질에 관한 이론을 좁히는 데 도움이 될 수 있으며 아마도 설명할 수 없는 우주 질량의 미스터리를 풀 수 있을 것입니다.

2023년 현재, 개별 암흑 물질 입자를 추적하려는 실험실 노력은 공백이었으며 일부 천체 물리학자들은 인간이 신비한 물질에 캘리퍼스를 댈 수 있는 유일한 방법은 더 넓은 우주에 대한 중력 효과를 연구하는 것일 수도 있다는 냉혹하고 실용적인 의심을 갖게 되었습니다. 그래서 디에고의 팀과 다른 사람들은 우주에서 어두운 물체의 유령 윤곽선을 찾고 있습니다. 그들은 존재하는 가장 작은 암흑 물질 덩어리를 식별하기를 희망하며 이는 암흑 물질 입자 자체의 기본 물리학에 달려 있습니다. 그러나 순수한 암흑 물질 덩어리는 천문학자들에게만 나타나는 것이 아닙니다. 팀은 관찰 기술을 사용하여 그림자에서 그러한 그림자를 끌어냅니다. 이제 천문학자들은 공간을 왜곡하는 중력 렌즈(Mothra를 드러낸 보이지 않는 암흑 물질 중심 돋보기)부터 집에 훨씬 더 가까운 펄럭이는 리본 모양의 별 흐름에 이르는 우주 현상에 초점을 맞추고 있습니다. 지금까지 이러한 노력으로 인해 "따뜻한 암흑 물질"이라고 불리는 인기 모델 세트의 많은 변형이 배제되었습니다.

JWST를 이용해 어두운 성간 덩어리를 찾고 있는 캘리포니아 대학교 머세드(Merced) 캠퍼스의 천체물리학자 안나 니어버그(Anna Nierenberg)는 “암흑 물질은 건드릴 수 없다”고 말했습니다. 하지만 그것으로 만들어진 작은 구조물을 찾으시나요? “그건 당신이 얻을 수 있는 가장 가까운 것입니다.”

우리가 암흑 물질에 관해 아는 바가 거의 없는 것은 모호하고 흐릿한 윤곽선으로 존재합니다. 수십 년 동안의 증거는 중력 이론이 불완전하거나, 천체물리학자들이 더 일반적으로 주장하는 것처럼 암흑 물질 입자가 우주를 떠돌고 있다는 것을 시사했습니다. 한 가지 고전적인 관찰에서, 별들은 눈에 보이는 물질이 암시하는 것보다 훨씬 더 강한 중력에 의해 붙잡혀 있는 것처럼 은하 외곽 주위를 돌고 있는 것처럼 보였습니다. 천문학자들은 이러한 별들의 움직임을 측정하고 무게가 더 큰 공간 영역을 식별하는 다른 기술을 적용함으로써 우주의 암흑 물질이 더 큰 규모로 어떻게 분포되어 있는지 시각화할 수 있습니다.