우주의 암흑물질과 암흑에너지는 무엇이며 이것들이 우주에 미치는 영향으로는 어떠한 것들이 있나요?
안녕하세요 소고기 해물짬뽕이 먹고싶어요 입니다.
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.
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
암흑물질은 우주의 총 질량 중 약 27%를 차지하는 물질로서 빛이나 다른 형태의 전자기파를 방출하거나 흡수하지 않기 때문에 직접적으로 관측이 안됩니당 우리가 암흑물질의 존재를 알게 된 것은 간접적인 증거들 때문이며 은하의 회전곡선(은하 내 별들의 회전 속도를 관측한 결과, 별들이 중심에서 멀어질수록 속도가 감소해야 함에도 불구하고 일정한 속도를 유지하고 있었고 가시적인 물질만으로는 설명이 되지 않으며, 은하 내에 보이지 않는 암흑물질이 추가적인 중력을 제공하고 있다고 해석하게 됨), 중력 렌즈 효과(빛이 강한 중력장에 의해 휘어지는 현상으로, 은하나 은하단 뒤의 천체에서 오는 빛이 왜곡되는 현상을 관측하여 암흑물질이 그 지역에 존재한다는 증거를 얻을 수 있음), 우주 대규모 구조(우주의 거대 구조, 즉 은하들이 형성하는 거대한 망 구조는 암흑물질이 중력으로 그 형성을 도왔다고 여겨짐)를 통해서 확인하였죠~ 암흑물질은 우주의 초기 구조 형성에서 중요한 역할을 했고 우주의 밀도 차이에 의해 암흑물질이 중력을 제공하여 가시적인 물질이 모이게 하고, 은하와 은하단 같은 구조들이 형성하게 되었지요~ 암흑물질 자체가 우주의 팽창을 지연시키는 중력적 효과를 통해 우주의 진화에 영향을 미치게 하는 것이지용! 암흑에너지는 우주의 약 68%를 차지하는 에너지 형태로, 우주의 가속 팽창을 설명하며 1990년대 후반, 초신성 관측을 통해 우주가 점점 더 빠르게 팽창하고 있다는 사실이 밝혀지면서, 이 현상을 설명하기 위해 암흑에너지라는 개념이 제안되었으며 매우 균일하게 우주에 퍼져 있으며, 반중력 효과를 통해 우주의 가속 팽창을 이끌고 있다고 알려져 있습니당! 암흑에너지는 우주의 팽창 속도를 점점 더 빠르게 하며 우주가 영원히 팽창할 가능성이 있다는 이론적 근거를 가지게 하지요! 암흑에너지가 계속해서 우주를 가속 팽창시킨다면, 먼 미래에는 은하들이 서로 너무 멀어져 더 이상 상호작용하지 못하게 하는 열적 죽음에 이르게 할수도 있다고 봅니다! 날이 덥네요 몸조리 잘하시고 좋은하루 되시길 바랍니당!