암흑 물질은 일반 물질에 적용되는 것과 동일한 물리적 규칙에 따라 행동합니까? 이 질문은 현대 우주론의 주요 수수께끼 중 하나로 남아 있습니다. 왜냐하면 이 보이지 않는 형태의 물질(빛을 방출하거나 반사하지도 않음)은 여전히 가설적이고 직접적으로 연구하기가 극히 어렵기 때문입니다. 제네바 대학(UNIGE)의 연구원과 협력 기관은 암흑 물질이 대규모로 친숙한 행동을 따르는지, 아니면 다른 힘이 영향을 미칠 수 있는지 확인하는 것을 목표로 했습니다. Nature Communications에 발표된 그들의 연구는 암흑 물질이 이전에 알려지지 않은 추가 상호 작용의 가능성을 아직 배제할 수는 없지만 일반 물질과 매우 유사하게 행동하는 것으로 나타났습니다. 암흑물질은 일반 물질보다 5배 더 흔하다고 생각되기 때문에, 작은 새로운 통찰력이라도 우주를 형성하는 데 암흑물질의 역할을 명확히 하는 데 도움이 됩니다.
일반 물질은 알려진 네 가지 기본 힘, 즉 중력, 전자기력, 원자 내 강약력의 영향을 받습니다. 문제는 암흑물질이 동일한 힘에 반응하는지 여부입니다. 암흑물질은 눈에 보이지 않고 감지하기 어렵지만 여전히 이러한 친숙한 법칙을 따르거나 과학자들이 아직 확인하지 못한 다섯 번째 힘의 영향을 받을 수 있습니다.
암흑물질이 중력 우물을 통해 어떻게 이동하는지 조사
이러한 가능성을 탐구하기 위해 UNIGE가 이끄는 팀은 우주 규모에서 일반 물질이 하강하는 것처럼 암흑 물질이 중력 우물로 가라앉는지 여부를 조사했습니다. 거대한 물체는 공간의 구조를 왜곡하여 이러한 우물을 형성합니다. 행성, 별, 은하 등 일반 물질은 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 오일러의 방정식을 포함하는 확립된 물리적 원리에 따라 분류됩니다. 팀은 암흑 물질이 예측 가능한 방식으로 행동하는지 알고 싶었습니다.
“이 질문에 답하기 위해 우리는 우주를 가로지르는 은하의 속도를 중력 우물의 깊이와 비교했습니다.”라고 UNIGE 과학부 이론 물리학과 부교수이자 이번 연구의 공동 저자인 Camille Bonvin은 설명합니다. “만약 암흑 물질이 다섯 번째 힘의 영향을 받지 않는다면 대부분 암흑 물질로 이루어진 은하계는 중력에 의해서만 지배되는 일반 물질처럼 이 우물에 떨어질 것입니다. 반면에 다섯 번째 힘이 암흑 물질에 작용하면 은하의 움직임에 영향을 미치게 되고 은하계는 다르게 우물에 떨어지게 됩니다. 그러므로 우물의 깊이와 은하의 속도를 비교함으로써 우리는 그러한 힘의 존재를 테스트할 수 있습니다.”
암흑 물질은 오일러 방정식을 따르는 것으로 보입니다.
현대 우주론 데이터에 이 방법을 사용하여 연구자들은 암흑 물질이 일반 물질과 동일한 방식으로 중력 우물로 이동한다는 것을 발견했습니다. 이는 오일러 방정식과 일치한다는 것을 의미합니다. “그러나 현 단계에서 이러한 결론은 아직 알려지지 않은 힘의 존재를 배제하지 않습니다. 그러나 그러한 다섯 번째 힘이 존재한다면 그것은 중력 강도의 7%를 초과할 수 없습니다. 그렇지 않으면 그것은 이미 우리의 분석에 나타났을 것입니다”라고 연구의 제1저자이자 UNIGE 과학부 이론 물리학과의 전 박사후 연구원이자 최근 University of Cosmology and Gravitation 연구소에 합류한 Nastassia Grimm은 말했습니다. 포츠머스.
새로운 물리학 탐색의 다음 단계는 무엇입니까?
이러한 초기 발견은 암흑 물질에 대한 이해를 개선하는 데 중요한 단계를 나타냅니다. 다음 주요 목표는 미묘한 다섯 번째 힘이 실제로 영향을 미치는지 확인하는 것입니다. 이번 연구의 공동 저자이자 툴루즈 대학 미디 피레네 천문대 IRAP 부교수이자 ICE-CSIC 및 IEEC 연구원이자 부교수인 Isaac Tutusaus는 “LSST 및 DESI와 같은 최신 실험의 향후 데이터는 중력의 2%만큼 약한 힘에 민감할 것입니다. 따라서 암흑 물질의 거동에 대해 더 많은 것을 배울 수 있게 해줄 것입니다”라고 결론지었습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251115095924.htm
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