암흑물질과 암흑에너지는 어떻게 다른가요?

Question

암흑물질은 질량이 현재 우주에너지의 27% 정도를 차지하고 있으나, 빛을 내지 않아 보이지 않으며, 정체가 아직 알려지지 않은 물질이라고 하는데요, 암흑에너지와는 어떤 차이가 있나요?

xcute4 · Accepted Answer

안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.암흑물질은 은하의 이상 운동때문에 제창된 물질입니다.우리 은하는 중심부로부터 대략 6000광년까지는 별들의 공전은 강체회전운동을 합니다.마치 디스크 판이 도는데 외곽쪽에 있으면 더 빨리 도는 운동이죠.그리고, 6천광년 이상 부분부터는 케플러 운동으로 은하 중심을 공전합니다. 케플러 운동이란것은 태양과 행성들을 연상하시면 될듯해요.장반경 3제곱과 회전 단면적의 제곱과 같은 값을 가지는 운동을 하는것이죠.그러다가, 은하 외곽까지 서서히 공전속도가 줄어들게 되는데,질량과 인력은 비례하기 때문에 은하 중심에 무거운 질량이 미치는 영향이 작아져서 당연히 은하 바깥으로 갈 수록 공전속도가 줄어드는 것은 이상이 없는 현상입니다. 그런데, 문제는 은하 외곽쪽에서는 오히려 공전속도가 더 빠른 것이 관측되었습니다.우리는 어떤 천체를  공전하는데 있어서 중심천체의 인력과 행성의 직선운동이 서로 같아서 원이나 타원운동등으로 회전운동을 한다고 알고 있는데,은하 외곽쪽에 은하 중심을 도는 공전속도가 빨라지는 것은 역학적으로해석이 안됩니다.그런데, 해왕성의 인력때문에 가끔씩 명왕성의 공전속도가 빨라진다는 것을 알고 있던 우리는 은하 외곽쪽에 망원경등으로는 관측이 안되는 엄청나게 질량이 많이 나가는물질이 있을 것이라고 생각하게 된 것입니다.그러나, 인류는 이런 관측기술이 빛에 의존하는 방법밖에는 없으므로,빛이 아닌 질량을 가진 무언가를 생각하게 되었고, 그것을 암흑물질이라고 부르게 된 것이죠. 은하 중심으로부터 3만5천광년 떨어져 있는 우리 태양계는거리가 멀어질 수록 점점 은하 중심을 도는 공전속도가 느려지는 역학적으로 이상이 없는 운동을 합니다.따라서, 태양계 주변에는 암흑물질이 없거나 많지 않다고 여겨집니다.암흑에너지우주가 팽창하는 이유에 대해서 생각하던 과학자들은여러가지 근거로 더 이상 팽창해서는 안되야 하는데,여전히 도플러 효과로 관측하면 적색편이 현상을 일으키며 팽창하고 있다는 사실을 알아냅니다.어떤 천체 m에 대해서 역학법칙이 아래와 같이 표현할 수 있습니다.역학적 에너지=운동에너지+위치에너지(퍼텐셜에너지)그러므로, m이란 천체의 역학 에너지는 mH^2r^2/2 - GMm/r 여기서 천체 m에 대해 역학에너지가 0 을 기준으로 탈출속력이 유도 되므로,우주 전체 질량을 M이라 두고, M에 대해 풀면M=H^2r^2/2G그러므로, 임계밀도 P를 구하면, H^2r^2/2G=4/3파이P 따라서,P=3/8파이 * H^2/G  이 된다.따라서, 우주가 팽창할지, 수축할지는 허블상수에 따라 결과가 달라집니다.현재 알려진 허블상수를 위 식에 대입하면,P=5~10*10^-28 kg/m^3 정도 됩니다. 이것은 1입방미터 안에 수소원자 3~6개정도 되는 밀도 값입니다.이런 밀도는 작아 보이지만, 실제로 우주에는 계산으로 얻어진 임계밀도 보다10분의 1정도 더 낮은 밀도를 가지고 있습니다.임계밀도라는건 단위 질량의 기체가 일정 단위 부피 이상 늘어나지 않는 밀도입니다. 역학적으로 이 밀도 값은 우리 우주가 더 이상 팽창하지 않고,수축해야 합니다.그런데, 실제로 X선 망원경등으로 우주의 평균밀도를 구해 보면,이 임계밀도보다 10배정도 더 희박한 밀도를 갖고 있음이 관측되는데요.그렇다란 얘기는 우주가 팽창하는데 있어서 어떤 에너지원이 있을 것으로 생각하게 된것입니다.그것은 우주밖의 물질들이 우주와 맞닿은 지역에서 질량결손이라든지,전해질로 바뀌면서 에너지원의 역할을 하고 있다고 믿고 있습니다만,우리 기술로 아직 우주밖에는 뭐가 있는지 모르기 때문에,이런 우주를 팽창시켜주는 에너지를 암흑에너지로 부르게 된 것입니다.

느긋한칼새269 · Answer

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.암흑물질은 우주에서 발견된 질량이지만, 암흑에너지는 우주의 가속 팽창을 설명하기 위한 가상의 개념입니다.암흑에너지는 암흑물질과는 다른 개념으로, 우주의 가속 팽창을 설명하기 위해 제안된 개념입니다. 암흑에너지는 서로 밀도와 압력이 같은 '진공 에너지'로서, 우주의 에너지 밀도의 대략 68%를 차지합니다.

작은말벌290 · Answer

안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.암흑물질은 보이지 않는 물질이며 전자기력에 의한 상호작용을 하지 않지만 중력장을 통해 물리적으로 감지될 수 있으며, 우주의 구조와 운동에 영향을 미칩니다. 암흑에너지는 빈 공간에 존재하며, 우주의 가속된 팽창을 일으키는데에 기여하고 중력에 반대하는 힘을 발생시킵니다.

고운푸들16 · Answer

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.말씀하신대로 암흑 물질은 빛을 방출하거나 흡수하지 않아 기존의 탐지 방법으로는 보이지 않는 물질의 가상 형태입니다. 파악하기 어려운 성질이지만 암흑 물질은 은하계를 하나로 묶는 역할을 하면서 은하계의 형성에 상관되는 것으로 추측하고 있죠.반면 암흑 에너지는 우주 전체에 스며들어 중력의 인력을 상쇄하고 우주의 가속 팽창을 일으키는 에너지입니다.즉, 암흑 물질은 우주 구조 형성에서 역할을 하고, 암흑에너지는 우주의 가속 팽창에 관여하는 것으로 추측합니다.

럭스마가린 · Answer

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.암흑물질과 암흑에너지는 전혀 다른 것임.암흑물질은 은하의 구성중 보이지않는 질량을 담당하고 있으며 은하운동의 계산치와 실측치의 차이의 원인이 됨.암흑에너지는 우주팽창에 있어서 우주가 가속팽창하고 있음이 관측되었는데 이 우주의 팽창을 가속시키는 에너지를 암흑에너지라고 부르는 것임!따라서 은하의 회전과 암흑에너지는 전혀 상관없음!반물질은 물질과 반대의 전하를 가집니다.전자가 음전하니반전자는 양전하죠.특이하게도 물질과 반물질은 만나면 소멸하며E=mc^2에 따라 에너지를 내뿜습니다.폭발이죠.​둘은 정 반대이지 절대 같지 않습니다.​암흑 에너지는 우주 팽창의 원인이라고 생각된다는데요,암흑 에너지는 암흑 물질보다도 밝혀진게 없습니다.​암흑물질은 네, 맞습니다. 발견은 이론에 맞추기 위해 등장한거지만, 또 그거만큼 들어맞는게 별로 없거든요.그래서 실체를 찾기 위해 연구하는거죠.​아직 뭐가 맞다 틀리다를 논하기엔 이릅니다.​kokospice는 일반적인 사실과 좀 다른 견해를 가진걸로 유명하시니 거르는게,.​

멋진크낙새45 · Answer

안녕하세요. 박재민 과학전문가입니다.암흑물질은 중력을 통해 일반 물질과 상호 작용하는 것으로 생각되는 반면 암흑 에너지는 공간 자체의 특성으로 생각됩니다. 암흑물질은 우주의 물질 구성 중 약 23%를 차지하며, 우주의 질량의 대부분을 차지합니다. 반면 암흑 에너지는 우주 전체에 고르게 분포되어 우주 팽창을 가속시키는 일종의 에너지로 여겨집니다 .

지구과학·천문우주

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암흑물질과 암흑에너지는 어떻게 다른가요?