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천문학

암흑물질이 거의 없는 은하가 발견됐다.

암흑물질이 거의 없는 은하가 발견됐다. 

(A Galaxy with Little or No Dark Matter)


암흑물질은 무엇인가?

오늘날 천문학자들은 일반적으로 암흑물질(dark matter)의 존재를 믿고 있다. 암흑물질이란 무엇인가? 그 질문에 대한 답을 알고 있다면, 아마도 노벨 물리학상을 받을 것이다. 그렇다. 암흑물질은 현대 천문학과 물리학에서 심각한 문제이다. 이 질문에 대답하기 전에, 암흑물질에 대한 이해의 역사를 간단히 살펴볼 필요가 있다.


광도질량 대 동적질량

암흑물질에 대한 증거는 80년 이상으로 올라간다. 별들은 은하(galaxies)라고 불리는 거대한 구조 내로 모여 있다. 태양은 은하수(Milky Way Galaxy)에 속해 있는데, 약 2천억 개의 별들이 모여 있다. 오래 전에 천문학자들은 은하와 같은 거대한 별들의 군집은 질량-광도 비율(mass-luminosity (M/L) ratio)을 따른다는 것을 깨달았다. 질량이 많을수록 더 많은 별들이 있기 때문에, 더 많은 빛이 나오게 된다. 은하가 얼마나 밝은지를 측정할 수 있다면, 그 빛에 M/L 비율을 곱하여, 밝게 빛나는 은하의 질량을 알 수 있다.

그러나 은하의 질량을 측정하는 직접적인 방법이 있다. 중력의 가속도는 질량에 의존하기 때문에, 중력의 힘을 측정하면 질량을 구할 수 있다. 우리 자신의 무게를 측정할 때도, 이것을 사용할 수 있다. 이 과정은 천체의 무게를 달 때에는 조금 다르지만, 물리학은 동일하다. 궤도 운동은 중력의 결과이므로, 궤도 운동을 측정하여 질량을 결정할 수 있는 것이다. 지구를 공전하는 달의 궤도를 사용하여, 지구의 질량을 측정할 수 있다. 마찬가지로 행성이나 위성의 질량을 측정하기 위해서, 다른 행성과 위성들의 궤도 운동을 연구한다. 태양의 질량을 결정하기 위해서, 행성들의 궤도 운동을 측정한다. 하나님은 많은 별들을 쌍성계(binary systems)로 만드셨는데, 두 별이 공통 질량의 중심을 돌고 있다. 이것으로부터 많은 별들의 질량을 결정할 수 있다. 궤도 운동으로부터 결정된 질량은 동적질량(dynamic mass)이다.

은하들은 거대한 성단(clusters)으로 존재하는 경향이 있다. 아마도 한 성단 내의 은하들은 공통 질량을 중심으로 궤도를 돌고 있다. 1930년대에 한 천문학자는 성단 내의 은하들의 움직임을 측정하여, 동적질량(dynamic mass)은 성단의 광도질량(lighted mass)보다 항상 더 큰 것을 발견했다. 몇 년 후에 두 명의 천문학자들은 천체들의 동적질량을 결정하기 위해서, 크기가 비슷한 은하 안드로메다 은하(Andromeda Galaxy) 내 천체들의 궤도 운동을 측정했다. 그들은 안드로메다 은하의 동적질량이 광도질량 보다 훨씬 크다는 것을 발견했다.


암흑물질 대 수정뉴턴역학

반세기 동안 천문학자들은 이 '잃어버린 질량(missing mass)' 문제를 대게 무시해왔다. 그러나 1970년대에 여러 은하들에서 궤도 운동을 연구한 일련의 논문들은 동일한 결과를 보여주었다. 동적질량은 항상 광도질량보다 항상 10배 이상 훨씬 컸다. 1980년대까지 천문학자들은 우주 질량의 대부분이 보이지 않는 암흑물질로 되어있을 것이라는 생각하며, 이 문제를 덮어버렸다. 암흑물질은 무엇인가? 왜 암흑이라 부르는가? 그것은 '정상적인 물질'이 아님이 분명하다. 이국적인 암흑물질을 설명하기 위한 여러 이론들이 생겨났다. 여러 이론들을 시험해볼 수 있는 방법들이 고안되었고, 그 결과 많은 이론들이 기각됐다. 결론적으로 우주 질량의 대부분은 아마도 아직까지 고려되지 않았던 형태의 물질일 수 있다는 것이다.

우주 질량의 대부분은 아마도 아직까지 고려되지 않았던 형태의 물질일 수 있다는 것이다.

일부 물리학자들은 이러한 전망도 불확실하다고 말한다. 그래서 그들은 기본적인 중력 물리학을 수정하는, 대안적인 해결책을 선택했다. 중력이 작용하는 방식을 약간 변경한 것이 수정뉴턴역학(MOdified Newtonian Dynamics, MOND)이다. 가까운 거리(수천 광년 미만)에서 수정뉴턴역학과 전통적인 뉴턴역학의 차이는 눈에 띄지 않는다. 그러나 은하 크기의 스케일에서는 차이가 나타난다. 물리학자들은 그들의 수정뉴턴역학 모델을 발전시키기 위해서, 은하들 내로 궤도 데이터들을 적합시켰다. 그러나 천문학자들 대다수의 견해는 암흑물질이 이 문제에 대한 정확한 해결책이라는 것이었다.


최근에 발견된 것은 무엇인가?

최근, 인근 은하인 NGC 1052-DF2는 암흑물질이 거의 없거나, 전혀 없다는 것이 밝혀졌다.[1] NGC 1052-DF2는 6천만 광년 떨어져 있으며, 우리 은하(Milky Way)와 거의 같은 크기이다. 그러나 NGC 1052-DF2는 우리 은하 또는 비슷한 크기의 다른 은하보다 훨씬 더 희미하다. M/L 비율을 적용하면, 태양의 질량보다 약 2억 배로 밝게 빛나는 광도질량을 보여준다. 구상성단으로 추정되는 10개의 천체들의 궤도 운동은 광도질량보다 단지 약간 큰 동적질량을 만들었다. 관련된 오류를 고려하여, 이러한 결과는 이 은하에 암흑물질이 거의 없거나, 전혀 없다는 것과 일치한다. 그러나 수정뉴턴역학이 맞는 것이라면, 이 은하는 확실히 수정뉴턴역학이 작동하기에 너무 크다. 이 은하의 동적질량이 광도질량과 일치한다는 사실은, 수정뉴턴역학이 실행 가능한 이론이 될 수 없음을 가리키는 것으로 보인다. 역설적이게도 이 특별한 은하에 암흑물질이 없다는 발견은, 다른 은하계에 암흑물질이 존재한다는 증거와 동일한 종류의 것이다.


이것이 의미하는 것은 무엇인가?

이전에 언급했듯이, 암흑물질의 문제는 물리학자와 천문학자 사이에서 논란이 되고 있지만, 암흑물질이 존재한다는 것이 지배적인 이론이다. 그러나 창조론자들은 암흑물질을 매우 회의적으로 보고 있다. 그 이유는 무엇인가? 그 이유는 암흑물질은 현대 우주론에서 비롯된 것이기 때문이다. 30년 전부터 천문학자들은 암흑물질이 존재한다고 확신하고 있지만, 우주론자들은 암흑물질은 빅뱅 모델에서 조작될 수 있는 또 하나의 자유변수(free parameter)라는 것을 인정하고 있다. 결과적으로 빅뱅이론을 비판하는 비판가들은, 암흑물질은 빅뱅이론의 실패를 감추기 위한 임시방편적 구조 장치로 간주하고 있는 것이다. 우리 인간은 하나님이 우주를 창조하신 방법에 대해 겸허해져야할 것이다.


Footnotes
Emily Conover, 'Dark Matter Is MIA in this Strange Galaxy,” Science News, March 28, 2018, https://www.sciencenews.org/article/dark-matter-mia-strange-galaxy.


*관련기사 : 암흑물질 없는 ‘불가사의 은하’ 발견…천문학계 패닉 (2018. 3. 29. 나우뉴스)
http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20180329601016&wlog_tag3=daum

암흑물질 거의 없는 은하 첫 발견… 우주론 뒤집을까 (2018. 3. 30. 동아일보)
http://news.donga.com/3/all/20180330/89375657/1



번역 - 미디어위원회

링크 - https://answersingenesis.org/astronomy/cosmology/galaxy-little-or-no-dark-matter/ ,

출처 - AiG, 2018. 4. 5.

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6812

참고 : 6750|6746|6705|6658|6656|6654|6596|6565|6502|6427|6359|3365|3933|3983|3941|4006|4042|4045|4255|4291|4595|4727|5078|5106|5141|5156|5213|5221|5289|5290|5302|5236|5324|5325|5449|5487|5543|5552|5570|5630|5677|5781|5805|5807|5829|5868|5871|5881|5887|5921|5953|6005|6014|6019|6046|6084|6086|6101|6117|6130|6139|6154|6155|6185|6219|6259|6262|6279|6281|6294|6301|6334|6339|6344|6348|6367|6375|6377|6395|6404|6428|6478|6498|6518|6577|6578|6601|6616|6631|6651|6662|6666|6667|6672|6678|6727|6739|6740|6776|6783



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