우주에 존재하는 모든 물질에 대한 질량을 구하는게 가능한가요??

Question

안녕하세요!!

우주에 대한 다큐멘터리를 보다 보니깐 우주에 존재하는 모든 물질에 대한

질량을 계산했다고 나왔는데요..

이게 계산을 해보니까 안맞아서 암흑물질이나 암흑에너지 얘기가 나온다는데,,

저는 솔직히 무슨스로 우주에 존재하는 모든 물질에 대한 질량을 구한다는건지 이해가 안가거든요??

우주의 질량을 계산했다는게 너무나도 억측인것 같고,, 또

블랙홀 같은 무한대 질량 천체도 있는데 무슨 우주 질량이고 암흑 물질이니 암흑에너지니

등등을 얘기하는지 솔직히 너무 갔다고 생각하는데,,

무슨수로 우주에 존재하는 물질의 전체 질량을 구하죠??

답변 부탁드립니다.

감사합니다..

Answer 1

안녕하세요. 김칠영 박사입니다.

우주 전체의 질량이라기 보다는 특정한 은하단 등의 질량을 측정한다고 가정하겠습니다.

역학질량 (주변 천체들의 움직임등으로 측정)

광도질량 (빛의 밝기를 이용해 측정한 질량)

질량을 측정하는 서로 다른 2가지 방법으로 측정했는데,, 역학질량이 광도질량에 비해 매우매우 높다는 것이 관찰되었습니다.

즉, 눈에 보이는 부분을 다 더한 질량이 4 인데, 실제로 작용하는 중력(=질량) 은 100 이기 때문에 나머지 96은 보이지 않지만 중력이 작용하는 상태라서 암흑물질이라고 부르게 되었다고 합니다

Answer 2

안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.

우주에 존재하는 모든 물질에 대한 질량을 구하는 것은 매우 복잡하고 어려운 문제입니다. 그러나 과학자들은 여러 가지 관측과 이론을 바탕으로 추정할 수 있는 방법을 개발해 왔습니다. 이 과정에서 계산이 안 맞는 부분들이 발견되었고, 그 결과로 암흑물질과 암흑에너지라는 개념이 등장했습니다. 과학자들은 우주에 존재하는 모든 물질과 에너지를 크게 세 가지로 분류합니다. 우리가 일상적으로 알고 있는 원자와 분자로 이루어진 물질인 보통물질이 별, 행성, 은하, 그리고 우리 몸을 구성하는 물질 모두가 이에 해당합니다. 하지만 이것은 우주 전체 질량의 약 5%에 불과합니다. 눈에 보이지 않지만 중력을 통해 그 존재가 확인된 물질로서 암흑물질을 생각하게 되었으며 이 물질은 빛과 상호작용하지 않아 직접적으로는 관측할 수 없지만, 은하의 회전 속도나 은하단 내에서 중력 효과를 통해 그 질량을 추정할 수 있습니다. 우주의 약 27%를 차지하는 것으로 추정됩니다. 우주가 가속 팽창하는 원인으로 제시된 미지의 에너지로서 암흑에너지를 생각하기도 하지요 우주의 나머지 약 68%는 이 암흑에너지로 구성되어 있다고 생각됩니다. 은하의 별들이 회전하는 속도를 측정함으로써, 그 은하가 얼마나 많은 질량을 가지고 있는지를 추정할 수 있습니다. 그러나 이 방법으로 측정한 질량과 관측된 별과 가스의 양을 비교했을 때, 질량이 훨씬 더 많다는 것을 발견했습니다. 이는 암흑물질이 존재한다고 추정하게 된 이유 중 하나입니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 질량이 큰 물체는 주변의 시공간을 휘게 만듭니다. 이를 통해 빛이 휘어지며, 우리가 보는 은하 뒤에 있는 물체의 빛이 렌즈처럼 휘어지는 현상이 나타납니다. 이 중력렌즈 효과를 통해 그 은하나 은하단의 질량을 추정할 수 있습니다. 이 과정에서도 암흑물질이 있음을 추정할 수 있게 됩니다. 우주배경복사는 빅뱅 이후 남아 있는 아주 미세한 복사 에너지입니다. 이 복사를 분석하면 우주의 물질과 에너지 분포에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. CMB의 작은 온도 변동을 분석함으로써 과학자들은 우주의 물질 밀도와 암흑물질, 암흑에너지의 비율을 추정할 수 있습니다. 허블 상수는 우주의 팽창 속도를 나타내며, 이를 통해 우주에 얼마나 많은 질량과 에너지가 있는지를 간접적으로 추정할 수 있습니다. 우주의 팽창이 가속화되고 있다는 사실은 암흑에너지의 존재를 시사하며, 우주의 전체 에너지와 질량을 추정하는 데 중요한 역할을 합니다. 우주의 물질 질량을 계산하려는 과정에서 과학자들은 보이는 물질만으로는 관측된 우주의 중력과 운동을 설명할 수 없다는 사실을 발견했습니다. 이로 인해 암흑물질과 암흑에너지가 존재한다고 결론지었습니다. 암흑물질은 빛과 상호작용하지 않지만 중력으로 그 존재를 확인할 수 있는 물질입니다. 예를 들어, 은하들이 예상보다 빠르게 회전하는 이유가 암흑물질의 중력 때문이라고 여겨집니다. 암흑에너지는 우주의 팽창을 가속화하는 원인으로, 직접적으로 관측되지 않지만 우주의 대규모 구조와 팽창을 설명하는 데 필요합니다. 블랙홀과 같은 천체는 무한대 질량을 가지지 않으며, 그 질량은 유한합니다. 다만 그 중력장이 매우 강해서 빛조차 탈출할 수 없을 뿐입니다. 블랙홀의 질량 역시 관측을 통해 추정할 수 있으며, 이 질량도 우주의 총 질량에 포함됩니다. 우주의 모든 물질에 대한 질량을 "정확하게" 계산하는 것은 불가능에 가깝습니다. 그러나 다양한 관측 데이터를 통해 추정하는 것이 가능합니다. 이 추정치는 계속해서 개선되고 있으며, 새로운 관측 기술과 이론들이 발전함에 따라 더 정확한 값이 나오고 있습니다.