[에스오디 SOD] '우주는 우리를 이미 알고 있는 것 같다' 3만년을 달려온 빛의 충격적인 정체에 학계가 뒤집히다.

 

 

 

우리 은하의 크기는 52800광년입니다.

빛이 약 5만년 동안 이동하는 거리죠.

빛은 1초에 약 30만km를 이동합니다.

1초 만에 지구를 7바퀴 반 돌 수 있는 매우 빠른 속도죠.

 

인간이 만든 가장 빠른 물체인 우주 탐사선 주노는

1초에 73km를 날아갑니다.

주노는 서울에서 부산까지 약 4초 만에 갈 수 있습니다.

 

빛은 이런 주노보다 약 4천 배나 빠르죠.

이런 어마어마한 은하의 스케일을 감안할 때

지구는 먼지 한 톨보다도 작은 수준이죠.

 

그런데 더 놀라운 사실은 은하를 비롯하여

우리가 측정해낸 모든 물질들은

우주 전체의 약 5%밖에 되지 않는다는 사실입니다.

 

우리는, 인간은 우주의 95% 이상을 구성하는 물질에 대해

전혀 감도 잡지 못하고 있고 관측조차 하지 못하고 있죠.

 

알 수 없는 95%

그 알 수 없는 95%는 암흑에너지가 70%

암흑물질이 25%입니다.

 

암흑에너지는 노벨물리학상을 받은 미국의 초신성 연구팀이 실험적으로 입증했습니다.

암흑에너지는 상식을 벗어나 있습니다.

 

예를 들어서 사과를 하늘로 던지면 사과는 점차 느려질 것입니다.

사과의 속도가 느려지는 것처럼 우주 역시 빅뱅 이후 평창하며

그 팽창 속도는 점점 느려져야 합니다.

 

그런데 팽창 속도는 줄어들지 않았습니다.

점점 빨라졌죠.

사과를 하늘로 던졌는데 더 빠른 속도로 날아갔습니다.

암흑에너지라는 것이 작용했기 때문이죠.

 

암흑물질은 칼텍의 프리츠 즈웍키 교수가 발견했습니다.

그는 지구에서 약 370만 광년 떨어진 별들의 집단을 관찰하며

코마성단에 위치한 은하의 움직임을 수학적으로 계산했습니다.

 

계산대로라면 우리 눈에 보이는 것보다 훨씬 큰 중력을 가진 무언가가 존재해야

계산 결과값이 도출됩니다.

즉 알 수 없는 무언가 암흑물질이 존재한다고 생각했죠.

 

실제로 암흑물질은 우리 은하를 엄청나게 거대한 범위로 둘러싸고 있습니다.

암흑에너지와 암흑물질은 전혀 정체를 알 수 없고 관측의 실마리조차 잡지 못했습니다.

 

우리 주위에 전자파가 있긴 하지만, 우리는 전자파를 볼 수가 없잖아요?

딱 그렇습니다.

 

우리 눈에 보이지는 않지만 분명 그곳에 전자파는 존재하듯

암흑에너지와 암흑물질은 존재하지만 아직까지 기술로는 볼 수 없고

그 구성물질을 추측도 할 수 없는 거죠.

 

그런데 미국 일리노이 페르미 국립 가속기 연구소의 댄 후퍼 박사를 비롯한 연구진은

2009년 알 수 없는 이상한 감마선을 NASA의 망원경을 통해 관측하였습니다.

 

그 감마선이 방출되는 위치는 은하의 심장부 우리 은하의 중심이었죠.

태양계는 은하의 중심에서 약 3만 광년 떨어진 매우 먼 거리에 있습니다.

3만 광년 떨어진 은하의 중심에서 날아온 알 수 없는 빛

 

과학자들은

“설마 이게 암흑물질 신호가 아닐까?” 하며 알 수 없는 25%를 알아낼 수 있다는 기대감에 부풀었습니다.

 

실제로 천문학계는 은하의 심장에서 발산된 엄청난 양의 감마선이

암흑물질 입자들의 충돌에서 발생된 걸 수도 있다는 아이디어를 제시합니다.

 

암흑물질 입자가 충돌하면 모종의 에너지가 발산될 것이며

그것이 감마선으로 검출된 것이라고요.

 

그런데 감마선이 암흑물질 입자가 충돌할 때만 나올까요?

아닙니다.

‘우주의 등대’라고 표현되는 펄사에서 방출될 수도 있죠.

 

펄사는 빛이 폭발하고 만들어낸 중성자별 중 하나로서

엄청난 양의 감마선을 내뿜습니다.

즉 은하의 중심에서 방출된 감마선이

암흑물질의 충돌에서 나온 빛인가, 아니면 펄사에서 나온 빛인가.

 

이 사실을 알아내기 위해 많은 천문학자들이 데어터를 분석합니다.

연구진은 말하죠.

만약 감마선의 광자가 암흑물질에서 나온 것이라면

암흑물질은 은하 전반에 걸쳐 분포하고 있을 것이므로

그 공간 분포가 smooth 할 것 이라고요.

 

그런데 2015년 프린스턴 대학의 Samuel K. Lee.와 MIT의 Slatyer박사를 비롯한 공동 연구팀은

그들이 만들어낸 방법을 통해 데이터를 분석한 결과

은하 중심에서 방출된 엄청난 양의 감마선을

펄사에서 방출된 것일 확률이 높다고 발표합니다.

그런데 연구 결과가 탐탁지 않았던 것인지 Slatyer박사는 포닥인 Rebecca 박사와 추가 연구를 실시합니다.

 

그리고 그들은 2015년에 발표했던 결과에서 암흑물질의 신호를 지나치게 과소평가하여

시뮬레이션 데이터를 도출했다는 사실에 입각해

다시금 실험 방법을 리모델링했죠.

 

시뮬레이션 결과는 과거의 데이터를 다시금 뒤집어 놓습니다.

은하 중심에서 방출된 감마선이 암흑물질의 신호일 수 있다는 사실을 발표하죠.

그들은 2019년 물리학 최고 저널인 physical review letter에 그 결과를 발표합니다.

 

논문에 대해 약간만 말씀드리면

Injected DM의 양이 증가할 때, 은하 중심에서의 신호 역시 증가했던 것이죠.

놀랍게도 4년 전에 발표했던 데이터는 암흑물질의 신호를 놓쳤던 것이었습니다.

 

물론 암흑물질의 존재를 직접적으로 관측한 건 아니므로

여전히 암흑물질의 존재와 그 구성

그리고 은하의 중심에서의 방출된 감마선의 정확한 정체에 대해서 100% 알 수는 없습니다.

 

지금 인간이 detect한 감마선은

은하의 중심에서 약 3만 광년을 달려서 우리에게 왔습니다.

즉 3만년 전의 데이터죠.

 

우주는 낭만적인 학문입니다.

과학자들은 현재의 도구를 통해 과거를 분석합니다.

그리고 그 결과로 미래를 만드는 사람들이죠.

 

그들이 관측한 감마선은 3만년 전에 방출된 아주 먼 과거의 빛입니다.

3만년 전, 우리는 호모사피엔스였습니다.

인류가 문명을 구축하기도 전에 만들어진 이 빛이 이제야 우리에게 닿았습니다.

마치 우리를 기다리고 있었다는 듯

현재의 인류에게 은하의 중심에서 방출된 빛은 닿았습니다.

 

영국의 물리학자이자 수학자인 프리먼 다이슨은 말합니다.

우주에 대해 연구하면 할수록

마치 이 우주는

우리의 등장을 미리 알고 있었던 것 같다.