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우주의 암흑물질과 암흑에너지는 무엇이며 이것들이 우주에 미치는 영향으로는 어떠한 것들이 있나요?

안녕하세요. 이용준 전문가입니다.암흑 물질은 이름 그대로 암흑이므로 일반적인 전자기파로는 관측이 불가능한 물질을 말합니다. 암흑 물질의 대표적인 예로는 블랙홀 등이 있습니다. 암흑 물질은 물질이므로 인력을 작용합니다. 눈에 보이는 물질로만 이루어졌다고 가정하면 우리 은하의 회전 속도는 중심으로부터 가까운 거리까지는 하나의 강체처럼 회전(거리에 따라 회전 속도 증가)하지만 강체회전 구간을 지나면 은하 중심의 인력에 의해 회전하므로 거리에 따라 회전 속도가 감소하는 형태(케플러 회전)가 되어야 합니다. 그러나 실제 우리 은하의 회전 속도를 살펴보면 케플러 회전해야 하는 구간에서도 회전 속도가 느려지지 않습니다. 이것은 나선팔 사이에 눈에 보이지 않는 물질들이 있으며, 이들이 인력을 작용하여 서로 끌어당기기 때문에 회전 속도가 감소하지 않는 것으로 보고 있습니다.암흑 에너지는 실제 존재하는지 그렇지 않은지는 모르지만 관측 결과를 설명하기 위해서 꼭 있어야 합니다. 아주 멀리 떨어진 초신성의 후퇴 속도를 관측한 결과 허블의 법칙에 따라 예상한 속도보다 더 빠르다는 것을 알게 되었습니다. 이를 설명하기 위해서는 우주 공간에 척력(서로 밀어내는 힘)으로 작용하는 무엇인가가 있어야 하며, 이를 설명하기 위해 도입된 것이 암흑 에너지입니다. 암흑 에너지는 척력으로 작용하며 우주의 팽창 속도를 증가시키는 역할을 합니다.우주 타생 초기에는 물질이 차지하는 비율이 훨씬 컸지만 우주가 팽창함에 따라 물질이 차지하는 비율(밀도)는 점차 감소합니다. 이에 비해 암흑 에너지는 밀도가 일정하게 유지됩니다. 우주가 팽창함에 따라 물질보다 에너지가 차지하는 비율이 증가하므로 우주의 팽창 속도는 더 빨라집니다. 이를 가속팽창 우주라고 합니다.결론적으로 암흑 물질이나 암흑 에너지는 모두 직접 관측이 불가능합니다. 암흑 물질은 중력을 가지고 있으므로 중력렌즈현상 등으로 존재를 파악할 수 있습니다. 그러나 암흑 에너지는 초신성 관측결과를 설명하기 위해 도입된 개념이므로 실제로 관측은 불가능하지만 있어야만 하는 것입니다.도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.

학문 / 지구과학·천문우주

24.08.27

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