암흑 물질에 대한 새로운 빛을 발하다

 

물리학자 팀은 암흑 물질의 구성을 예측하는 방법을 개발하게 되었습니다. 즉, 보이지 않는 물질은 일반 물질에 대한 중력에 의해서만 감지되는데, 그 발견은 오랫동안 과학자들이 여태껏 추구해 온 것입니다. Physical Review Letters 저널에 실린 이 연구는 전자와 양성자 사이의 질량을 가진 암흑 물질 모델의 "우주적 특징"을 예측하는 데 중점을 두고 있는데요.

 

기존의 방법은 단순한 암흑 물질 모델에 대해 유사한 서명을 예측했습니다. 이 연구는 실험이 계속해서 찾는 더 복잡한 모델에서 이러한 서명을 찾는 새로운 방법을 확립했다고 논문의 저자는 이야기합니다.

암흑 물질을 찾는 실험은 이 신비한 유형의 물질에 대해 더 많이 알 수 있는 유일한 방법은 아니라고 뉴욕 대학교 물리학과 학생이자 논문의 주저자인 Ph.D.인 Cara Giovanetti가 말했습니다. 이어 그는 "우주의 다양한 매개변수에 대한 정밀 측정(예: 우주의 헬륨 양 또는 초기 우주의 다양한 입자 온도)도 암흑 물질에 대해 많은 것을 가르쳐 줄 수 있습니다."라고 설명하기도 했습니다.

 

연구에서 Giovanetti와 공동 저자들은 빅뱅 핵합성(BBN)에 초점을 맞추었습니다. 여기에서 헬륨, 수소 및 리튬과 같은 가벼운 형태의 물질이 생성됩니다. 보이지 않는 암흑 물질의 존재는 이러한 각 요소가 형성되는 방식에 영향을 미치게 됩니다. 또한 이러한 현상에 필수적인 것은 우주 마이크로파 배경(CMB)인데요. 즉, 전자와 양성자를 결합하여 생성된 전자기 복사로 우주가 형성된 후 남아 있습니다.

 

연구 팀에서는 BBN과 CMB를 모두 고려한 모델을 만들어 특정 범주의 암흑 물질(전자와 양성자 사이의 질량을 갖는)의 존재를 발견하는 수단을 모색했습니다. Giovanetti는 "이러한 암흑 물질은 초기 우주에서 생성된 특정 원소의 풍부함을 수정하고 우주가 얼마나 빨리 팽창하는지 수정함으로써 우주 마이크로파 배경에 흔적을 남길 수 있습니다."라고 설명합니다.

연구에서는 특정 형태의 암흑 물질의 존재와 관련된 우주론적 특징을 예측했습니다. 이러한 특징은 암흑 물질이 다른 입자의 온도를 변경하거나 우주가 팽창하는 속도를 변경한 결과입니다. 그리고 이 결과는 매우 가벼운 암흑 물질이 천체 물리학 관찰에서 볼 수 있는 것과 다른 양의 가벼운 요소로 이어질 것임을 보여주었습니다.

 

가벼운 형태의 암흑 물질은 우주를 너무 빠르게 팽창시켜 이러한 요소가 형성될 기회를 갖지 못하게 할 수도 있다고 Giovanetti는 하나의 시나리오를 설명합니다. 이어 "우리는 암흑 물질의 일부 ​​모델이 너무 작은 질량을 가질 수 없다는 분석을 통해 위 사실을 배웠습니다. 그렇지 않으면 우주가 우리가 관찰하는 것과 다르게 보일 것입니다."라고 덧붙입니다.