암흑 물질의 비밀은 아인슈타인 고리에 숨어 있을 수 있다

연구자들은 먼 은하 주변의 암흑 물질 후광으로 인한 중력 렌즈의 특이한 사례를 연구한 후 암흑 물질 식별에 한 걸음 더 가까워질 수 있다고 말했습니다. 이로 인해 이들은 이상하게 뒤틀린 아인슈타인 고리와 기타 중력 렌즈를 가진 물체에서 빛이 어떻게 모양이 변형되는지 연구한 후 암흑 물질의 진정한 정체를 밝히는 데 한 걸음 더 가까워질 수 있습니다.

 

연구자들은 암흑물질이 우주의 약 85%를 차지한다고 추정합니다. 그러나 전문가들이 암흑 물질의 중력 효과를 관찰하고 그것이 있을 수 있는 위치를 파악했지만 과학자들은 여전히 그것이 실제로 무엇인지 전혀 모릅니다. 이러한 혼란은 암흑 물질이 빛이나 일반 물질이나 중입자 물질과 같은 다른 형태의 전자기 복사를 방출하지 않는다는 사실 때문에 발생합니다.

 

암흑물질은 19세기 후반에 처음 이론화되었기 때문에 과학자들은 암흑물질이 실제로 무엇일 수 있는지에 대해 많은 제안을 해왔습니다. 그러나 과학계는 현재 두 가지 가상의 후보를 가장 유력한 범인으로 인식하고 있습니다. 약하게 상호 작용하는 거대 입자는 다른 유사한 입자와 매우 유사하게 행동할 것으로 예상됩니다. 그리고 양자 간섭으로 인해 파동처럼 행동할 가능성이 있는 미세한 입자인 액시온도 있습니다. 그러나 수년간의 입자 가속기 실험에도 불구하고 거대 입자나 액시온은 발견되지 않았습니다.

 

과학 학술지에 발표된 새로운 연구에서 연구자들은 몇 가지 특이한 중력 렌즈 물체(발광하는 빛이 중력 변형을 통해 이동할 때 확대되는 매우 멀리 있는 물체)를 분석하여 어떤 암흑 물질 후보가 가장 가능성이 높은지 알아내려고 시도했습니다. 일반적으로 중력 렌즈는 은하나 퀘이사와 같은 멀리 있는 물체의 빛이 먼 물체와 관찰자 사이에 있는 더 가깝고 동일한 질량의 물체 주위로 휘어지는 것처럼 보이게 합니다. 은하, 퀘이사 또는 블랙홀일 수 있는 전경 물체의 엄청난 질량은 주변의 시공간을 구부리는 강력한 중력을 생성합니다. 따라서 빛은 전경 물체 주위로 휘어지는 것이 아니라 휘어진 시공간을 통해 직선으로 이동합니다. 그 결과 관찰자가 볼 수 있는 확대된 빛의 부분 또는 전체 고리가 생성되며, 이를 통해 과학자들은 일반적으로 가능한 것보다 더 자세히 멀리 있는 물체를 연구할 수 있습니다.

 

전경 물체를 둘러싼 빛의 고리가 완벽하거나 또는 완벽에 가까운 원을 형성할 때, 이는 1912년에 이 현상을 처음 예측한 알베르트 아인슈타인의 이름을 따서 아인슈타인 고리로 알려져 있습니다. 2022년 8월 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 것입니다. 지금까지 본 것 중 가장 완벽한 아인슈타인 반지 중 하나의 놀라운 이미지입니다.

 

그러나 일부 아인슈타인 고리 및 기타 비고리 렌즈 물체는 중복되어 나타날 수 있으며, 여기서 동일한 렌즈 물체의 여러 이미지가 표시됩니다. 과학자들은 이러한 이상한 공이 암흑 물질 후광(특정 은하를 둘러싸고 있지만 직접적으로 발견된 적이 없는 가상의 암흑 물질 고리)에 의해 시공간이 더욱 변형될 때 생성된다고 믿습니다.

 

이번 연구에 참여하지 않은 퀸즈랜드 대학의 우주론자 로사나 루게리는 "고리나 다른 렌즈 이미지가 어떻게 왜곡되는지 연구함으로써 천문학자들은 더 가까운 은하를 둘러싸고 있는 암흑 물질 헤일로의 특성에 대해 배울 수 있습니다"라고 말했으며, 비영리 언론 매체인 더 컨버세이션에 연구에 관한 기사를 썼습니다.

 

이를 위해 연구자들은 2002년에 처음 발견된 4중 렌즈 퀘이사인 HS 0810+2554에 특히 초점을 맞춰 여러 개의 이상한 렌즈를 가진 물체의 이미지를 분석했습니다. 그런 다음 이 이미지를 두 개의 컴퓨터 시뮬레이션과 비교했습니다. 하나는 후광이 WIMP와 같은 입자로 주로 만들어졌고 다른 하나는 후광이 액시온과 같은 파동 특성을 더 많이 가지고 있는 경우였습니다. 연구팀은 모든 물체에 대해 이미지가 액시온 모델과 가장 밀접하게 일치한다는 것을 발견했습니다. 이에 대해 루게리는 "결과는 액시온이 암흑 물질의 후보일 가능성이 더 높다는 것을 시사합니다"라고 말하자 일부 과학자들은 흥분했습니다.

 

그러나 논쟁은 아직 해결되지 않았으며 해당 이론을 입증하기 위해서는 후속 연구가 필요하다고 그녀는 덧붙였습니다. 액시온과 거대 입자만이 암흑물질의 유일한 후보는 아닙니다. 과거 연구에서는 눈에 보이지 않는 물질이 중성미자, 중력자 또는 작은 블랙홀로 구성될 수도 있다고 제안했습니다. 훨씬 더 광범위한 연구에 따르면 암흑 물질은 실제로 알려지지 않은 추가 차원에서 자체적으로 상호 작용하는 암흑 물질로 구성될 수 있습니다.