암흑 물질은 무엇인가?

우주에 있는 모든 은하에는 전자파에서는 검출할 수 없는 다량의 암흑물질이 존재하는 것으로 나타나고 있습니다. 은하계에서 이 문제가 드러난 것은 1960년대 초의 오르트의 지적 때문입니다. 그는 태양 근방에 있는 K형 별에 대해서 디스크에 수직인 방향 분포와 운동을 자세히 조사했습니다. 이들 별이 중력과 운동이 걸맞는 정수압 평형 상태에 있다고 하자 수많은 별에 대해서 디스크에 수직 방향의 운동 속도를 관측하면 그것과 어울릴 디스크 중심 면(은하면)에서 질량 밀도가 알 수 있습니다. 이를 중력 질량 밀도라고 합니다. 오르트가 요구한 중력 질량 밀도는 1파ー섹 입방(약 35입방 광년)에 태양 질량의 약 0.15배였습니다. 한편, 관측되고 있는 별의 밀도와 성간물질의 밀도를 합한 값은 태양 질량의 0.09배였습니다. 이는 K형 별이 디스크의 상하로 튀어 버리지 않기 위해서 필요한 중력 질량 밀도 6할 수밖에 없습니다. 즉 보이지 않은 질량이 태양 근방의 공간에 있는 것입니다. 이 정체 불명의 물질은 "미싱 매스(실종 질량)"이라 불렸습니다.

 

그 후 1980년대 들어 은하계와 같은 다수의 나선 은하의 회전 곡선의 관측으로부터, 그것들이 모두 중력을 미치지만 빛으로 보이지 않는 정체 불명의 물질로 구성된 헬로에 휩싸이는 것과 타원 은하의 X 선 관측으로 타원 은하에서도 마찬가지인 것으로 나타났습니다. 중력 작용을 미치지만 전자파에서는 관측할 수 없는 이 물질은 정체는 불명이지만, 우주에 보편적으로 존재하는 것으로 나타났습니다. 그것은 이미 미싱 매스가 아니라 보다 보편적인 이름으로 다크 매터라고 불리게 됐습니다. 은하는 다크 매터 헬로에 아우르고 있는 것입니다.

 

은하계의 다크 매터 헬로는 백색 왜성, 중성자 별, 갈색 왜성 등 매우 어두운 별, 혹은 초등 질량의 블랙 홀로 되어 있을 가능성도 있습니다. 이들 천체는 마초(MACHO:Massive Compact Halo Object)라고도 불립니다. 1986년에 빠친 스키 Bohdan Paczynski(1940― 2007)은 은하계 헤일로에 MACHO가 있으면 가끔 그것이 별의 앞을 통과할 때 마이크로 렌즈 현상이라는 중력 렌즈 효과로 배경의 별이 밝게 보일 것이라는 예측을 실시했습니다. 몇개 그룹이 MACHO 찾기 프로젝트를 시작하면서 1993년에 두 그룹이 예측된 마이크로 렌즈 현상을 발견했습니다. 그러나 2000년경까지 MACHO는 은하계의 다크 매터 헬로의 질량의 20%정도밖에 안 되는 것으로 나타났습니다. 다크 매터의 정체는 2010년 현재 아직 불명입니다.