암흑물질은 작은 블랙홀로 만들어졌을까?

행성을 탐사하는 나사 우주선은 아직 우리은하에서 달 크기의 블랙홀 징후를 발견하지 못했으며, 이러한 물체가 수십 년 동안 과학자들을 미스터리하게 만들었던 '암흑 물질'의 대부분을 구성할 가능성을 제한하고 있습니다. 암흑물질은 알려진 가장 위대한 과학적 미스터리 중 하나입니다. 이는 우주 전체 물질의 6분의 5를 구성하는 보이지 않는 물질입니다. 과학자들은 암흑 물질이 미세한 입자로 구성되어 있는지 아니면 훨씬 더 큰 물체로 구성되어 있는지에 대해 여전히 불확실할 정도로 미스터리로 남아 있습니다. 현재 합의는 암흑 물질이 중력을 제외하고 우주의 알려진 모든 힘과 기껏해야 매우 약하게 상호 작용하는 새로운 유형의 입자로 구성되어 있다는 것입니다. 따라서 암흑 물질은 눈에 보이지 않으며 대부분 무형이며, 그 존재는 그것이 가하는 중력을 통해서만 감지될 수 있습니다. 그러나 지구상에서 가장 강력한 입자 가속기와 지하 깊은 곳에 묻혀 있는 실험실에 의존하는 수천 명의 과학자들의 연구에도 불구하고 아직까지 암흑 물질일 수 있는 입자를 발견하거나 생성한 사람은 아무도 없습니다. 이로 인해 캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스의 천체 물리학자인 킴 그리스트와 그의 동료들은 블랙홀을 잠재적인 암흑 물질 후보로 조사하게 되었습니다.

 

과거 연구에서는 은하 중심부에서 태양 질량의 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 초대질량 블랙홀을 발견했지만, 블랙홀은 너무 커서 주변 물질을 눈에 띄게 교란시키기 때문에 감지할 수 없습니다. 이론상으로는 훨씬 더 작은 블랙홀이 초기 우주에서 형성되었을 수도 있습니다. 소위 원시 블랙홀이라고 불리는 이러한 블랙홀은 탐지하기가 훨씬 더 어려울 것이며, 잠재적으로 모든 암흑 물질을 구성할 수 있을 만큼 충분히 큰 숫자로 존재할 수 있습니다. 그러나 새로운 연구에서는 이 이론을 뒷받침할 증거를 찾지 못했습니다. 다른 별 주위의 지구와 유사한 행성을 찾기 위해 2009년 3월에 발사된 나사의 케플러 우주 망원경을 사용하여 그리스트와 그의 동료들은 원시 블랙홀의 흔적을 발견하지 못했습니다. 케플러는 4년에 걸쳐 은하수에 있는 150,000개가 넘는 별의 밝기를 모니터링하여 그 앞을 지나가는 행성으로 인해 정기적으로 어두워지는 것을 감지했습니다. 원시 블랙홀이 이 별들 중 하나 앞을 지나가면 별은 대신 일시적으로 더 밝아질 것입니다. 이는 블랙홀이 중력장을 통해 주변의 빛을 휘게 만드는 현상인 중력 렌즈 현상 때문입니다. 그리스트는 "암흑 물질 검색은 일반적으로 수백만 달러와 수십 년이 걸리는 실험을 포함하여 매우 어렵다"라고 말하며, "이 연구에서 정말 멋지고 재미있는 점은 암흑 물질을 찾기 위해 완전히 다른 목적으로 이미 구축된 이 실험을 사용할 수 있다는 것이다"라고 전했습니다.

 

지금까지 연구자들은 달 질량 정도의 블랙홀이 암흑물질을 구성할 가능성을 제거해 왔습니다. 케플러의 데이터는 달 질량의 5~80%에 해당하는 블랙홀에 대한 증거를 보여주지 않으며, 이는 이 블랙홀이 대부분의 암흑물질을 구성할 수 없음을 시사합니다. 그러나 그리스트는 "지구 달 질량의 0.0001% 미만인 더 작은 원시 블랙홀도 여전히 암흑 물질 전체를 구성할 수 있다"라고 말했습니다. 유럽 우주국의 유클리드 우주선이나 나사가 제안한 낸시 그레이스 로먼 우주망원경 위성과 같은 미래 임무에서는 케플러 데이터로 식별된 것보다 더 작은 블랙홀을 찾을 수 있습니다. 그리스트는 과학 사이트에 "우리는 다양한 원시 블랙홀을 암흑 물질로 배제했지만, 완전히 배제하지는 않았다"라고 말했으며, "그들은 여전히 암흑 물질에 대한 실행 가능한 후보다"라고 밝혔습니다.