암흑물질

암흑물질(暗黑物質, 영어: Dark matter)은 일부 심우주에서 순수한 중력 외에는 어떤 방법으로도 질량체의 존재 징후가 관측되지 않는 이상한 현상을 과학적으로 설명하기 위해 상정한 가설상의 물질이다. 1932년에 얀 오르트(Jan Oort)가 처음으로 제안하였다. 우리 눈으로 볼 수 있는 물질은 전체 우주의 5% 수준이며 암흑물질은 27% 그리고 나머지 68%는 암흑에너지가 차치하고 있다고 추정되고 있다.

암흑물질의 근거

은하의 중심으로부터의 거리에 따른 회전속도의 분포

• 은하의 회전속도: 은하의 회전속도는 암흑물질의 가장 직접적이고 결정적인 근거로 제시된다. 천문학자들이 은하를 관측한 결과 은하의 회전속도가 은하의 중심으로부터 거리가 멀어지더라도 감소하지 않고 어느 정도 이상 멀어질 경우 거의 일정하게 유지된다는 사실을 발견하였다. 이는 은하의 중심에서 거리가 멀어질 수록 회전속도가 감소할 것이라는 뉴턴역학의 예상과는 어긋나는 것이었고 보이지 않는 물질이 있음을 보이는 것이다.

암흑물질의 후보

• WIMP: 약하게 상호작용하는 무거운 입자(Weakly Interacting Massive Particle)의 약자이다.
• AXION:
• MACHO: 무겁고 밀집된 헤일로 물체(MAssive Compact Halo Objects)의 약자로 은하의 헤일로에 존재할 것으로 여겨지는 천체들이다.

암흑물질을 찾기 위한 노력

암흑물질은 다른 물질과 상호작용을 거의 하지 않기 때문에 찾아내기가 쉽지 않으나 암흑물질을 찾기 위한 여러 실험이 시도되고 있으며 실험 방법에 따라 크게 직접 검출 실험과 간접 검출 실험으로 나눌 수 있다. 그중 DAMA/LIBRA에서 암흑물질의 신호를 찾았다는 주장이 있다만 아직 다른 실험들에서 그 결과가 재현이 안되고 있다.

• ANAIS: NaI 섬광체의 연간 변조(Annual modulation with NAI Scintillators). NaI 섬광 검출기를 이용한 검출 실험.
• CDMS: 극저온 암흑 물질 탐색(Cryogenic Dark Matter Search). 수 밀리켈빈 온도에서 반도체 검출기를 이용한 실험.
• COSINE: 후술할 DM-ice와 KIMS가 합쳐진 국제연구인데 실험실은 국내에 있다. KIMS와 다른 종류의 섬광 검출기를 사용한다.
• DM-ice: 예일대학이 남극에서 진행했던 실험. 역시 섬광검출기를 이용한 실험이다.
• DAMA/LIBRA: 이탈리아에서 진행되는 실험.역시 섬광검출기를 이용한 실험이다.
• KIMS: 한국 암흑 물질 탐색(Korea Invisible Mass Search). 1998년부터 2016(?)년까지 국내에서 진행되었던 실험으로 섬광 검출기를 이용한 실험이며 현재는 예일대학의 DM-ice 연구팀과 합쳐서 COSINE이라고 이름을 바꿔서 진행중이다. 여담으로 초대 책임자였던 김선기 교수는 이휘소 교수의 제자인 강주상 교수의 제자다.
• XENON: 이탈리아에서 진행되는 실험.