암흑물질과 암흑에너지: 우주의 95%를 구성하는 것

NASA에 따르면 우주는 세 가지 성분으로 이루어져 있습니다: 약 5%의 일반적인 눈에 보이는 물질, 약 27%의 암흑물질, 약 68%의 암흑에너지입니다. 유럽우주기구(ESA)는 암흑물질과 암흑에너지의 결합된 비율을 우주의 95%로 제시하며, 통상적인 물질(별, 행성, 빛으로 측정 가능한 모든 것을 구성하는 원자)이 나머지 작은 부분을 차지합니다.

암흑물질이란 무엇인가?

NASA에 따르면 암흑물질은 질량과 중력을 가지지만 빛을 방출, 흡수 또는 반사하지 않는 물질의 형태입니다. 직접 볼 수 없기 때문에 과학자들은 눈에 보이는 물질에 대한 중력 효과로부터 그 존재를 추론합니다. NASA는 이를 은하가 흩어지는 것을 방지하는 물질이라고 설명합니다.

이 아이디어는 1933년으로 거슬러 올라가며, 스위스 천문학자 프리츠 츠비키는 코마 성단의 은하들이 그들의 눈에 보이는 질량 하나만으로는 함께 유지될 수 없을 정도로 빠르게 움직인다는 것을 발견했습니다. 1970년대에 천문학자 베라 루빈은 나선 은하의 바깥쪽 가장자리의 별들이 눈에 보이는 물질의 중력으로 설명할 수 없는 속도로 공전한다는 것을 보여줌으로써 이 경우를 강화했습니다.

ESA는 전형적인 은하의 빠진, 보이지 않는 질량이 천문학자들이 실제로 그 안에서 관측할 수 있는 별들의 질량보다 약 10배 더 크다고 지적합니다. 가장 명확한 증거 중 하나는 총알 성단으로, NASA는 2006년 관측이 중력 렌즈(중력에 의한 빛의 굽힘)를 통해 탐지된 질량의 분포가 X선에서 보이는 뜨거운 가스와 맞지 않아 보이지 않는 질량 성분을 나타낸다고 말합니다.

암흑에너지란 무엇인가?

암흑에너지는 우주의 팽창을 가속시키고 은하들을 점점 증가하는 속도로 서로 떼어내는 신비한 압력을 나타내기 위한 NASA의 용어입니다. ESA는 가속 팽창이 1990년대의 놀라운 발견이었으며 그 원인은 여전히 불명이라고 말합니다: 그것은 빈 공간의 상수 특성일 수 있고, 시간에 따라 변하는 힘일 수 있으며, 또는 현재의 중력 이론에 수정이 필요함을 나타낼 수 있습니다.

ESA는 플랑크 위성의 추정치를 인용하여 암흑에너지가 우주의 총 물질-에너지 함량의 약 68%에 기여한다고 보여줍니다. 이는 약 68%의 암흑에너지, 27%의 암흑물질, 5%의 통상적인 물질에 대한 NASA의 더 광범위한 분석과 일치하는 수치입니다.

왜 이것이 지금 연구되고 있는가?

2026년 4월 암흑에너지 분광기(DESI)는 원래 계획한 5년 조사를 일정보다 앞서 완료했다고 발표했으며, 4700만 개 이상의 은하와 퀘이사를 매핑했습니다(원래 3400만 목표를 초과) 및 2000만 개의 은하수 별을 매핑하여 협력이 현재까지 이루어진 우주의 가장 큰 고해상도 3D 지도라고 부르는 것을 생산했습니다. DESI의 자체 발표에 따릅니다.

DESI의 처음 3년 데이터 분석은 암흑에너지가 고정된 우주 상수가 아니라 대신 우주 시간에 따라 강도가 변할 수 있다는 힌트를 발견했다고 협력이 말했습니다. DESI의 완전한 5년 데이터세트의 완전한 암흑에너지 결과는 2027년에 예상되며, 조사는 2028년까지 관측을 계속하고 하늘 범위를 약 20% 확대합니다.

암흑물질 측면에서 LUX-ZEPLIN(LZ) 실험의 과학자들(사우스다코타 샌포드 지하 연구 시설에서 38개 기관의 약 250명의 연구자들이 운영하는 액체 크세논 탐지기)은 2023년 6월 16일에 탐지된 설명할 수 없는 단일 입자 상호 작용을 보고했으며, 이는 2026년에 일본에서 열린 TeV 입자 천체 물리학 회의에서 발표되었습니다. 알자지라가 보도한 대로입니다.

릭 가이츠스켈을 포함한 참여한 연구자들은 팀이 데이터보다 앞서 나가고 싶지 않으며 신호를 진정한 암흑물질 탐지로 취급하기 전에 배경 노이즈를 제외해야 한다고 같은 보고서에 따르면 말했습니다.

과학자들이 그것을 좁혀나가는 계획을 세우는 방법

NASA의 Nancy Grace Roman 우주 망원경은 3가지 방법을 사용하여 암흑에너지를 조사하도록 설계되었습니다: 초기 우주에서 남겨진 중입자 음향 진동이라고 불리는 패턴 추적, 우주 역사 전체에 걸쳐 수천 개의 Ia형 초신성 관측, 그리고 약한 중력 렌즈를 측정하여 물질(암흑물질 포함)이 어떻게 분포하는지 매핑합니다. NASA의 미션 설명에 따릅니다.

ESA의 유클리드 미션은 평행한 목표를 추구하고 있습니다: 지난 100억 년에 걸쳐 하늘의 3분의 1 이상에 걸쳐 은하의 분포를 매핑하여 우주의 팽창 속도를 10% 이상의 정확도로 측정하고 아인슈타인의 일반 상대성을 2% 정밀도 이내로 테스트하는 것을 목표로 합니다. ESA에 따릅니다.