처음에 암흑물질에 대한 얘기를 들었을 때 저는 "이런 천문학자 XX들, 박사논문 쓸 게 다 떨어지니까 이제는 아예 논문거리를 허위로 만들어 내는구만..."하고 생각을 했었습니다. 정말 그냥 막 만들어 내고 지어낸 얘기로만 여겼었는데 그게 아니라고 하네요...--;;;

1960년대와 70년대에 베라 루빈이라는 천문학자는 나선 은하(spiral galaxies)들을 관찰하고 있었습니다. 그녀는 나선 은하들이 어떻게 회전하는 지에 대해서 관심을 가지고 있었지요. 은하들이 어떻게 회전하는 지를 관찰하게 되면 은하에 대해서 더 많은 것을 알 수 있었습니다. 예를 들어 우리 태양계를 볼 것 같으면 태양에 가까이 있는 행성들은 공전속도가 빠른 반면 태양에서 멀리 떨어진 행성들일수록 더 천천히 공전을 한다는 사실을 알 수 있습니다. 이런 식으로 태양으로부터 어떤 행성까지의 거리와 그 행성의 공전속도를 알면 태양이 그 행성에 미치는 중력의 세기를 알 수 있고 이렇게 중력의 세기를 알게 되면 또 그로부터 태양의 질량도 계산할 수 있다고 합니다.

은하에 대해서도 같은 방식을 적용할 수 있다고 합니다. 어떤 은하의 회전속도를 측정하게 되면 역시 우리는 그 은하 전체의 질량을 알 수 있게 된다고 합니다. 루빈이 나선 은하들을 관찰하면서 예상했던 것은 은하의 중심에 가까운 성운들은 더 빨리 회전하고 은하의 중심에서 더 멀어질수록 성운들의 회전속도가 낮아질 거라는 것이었습니다. 마치 우리 태양계의 행성들이 그러한 것처럼 말입니다.

그런데 실제 은하에서 관찰되는 현상은 그녀의 예측과는 전혀 달랐습니다. 그녀가 관찰한 많은 은하들에서 은하의 중심에서 멀어질수록 오히려 성운들은 더 빨리 회전하고 있었습니다. 이 현상이 의미하는 것은 은하계 전체적으로 중력의 세기가 일정하다는 것이었습니다. 만약 은하들도 우리 태양계처럼 가장자리로 갈수록 중력이 약해진다면 행성들이 그런 것처럼 은하 가장자리에 있는 성운들의 회전속도는 중심부에 있는 성운들 보다 더 낮아야하기 때문이었습니다.

아무리 봐도 이건 좀 이상한 현상이었습니다. 은하들을 관찰해 보면 은하 중심에서가 가장 물질들이 많이 분포를 하고 은하의 가장자리고 갈수록 별이나 다른 물질들의 양이 줄어드는 게 분명했습니다. 중력은 질량과 비례하게 되는 데 왜 은하 가장자리로 갈수록 물질의 양은 줄어드는데 중력은 줄어들지 않는 것일까? 하는 의문이 자연스럽게 나올 수밖에 없었습니다.

논리적으로 내릴 수 있는 결론은 하나. 저기에는 우리가 알지 못하는 어떤 암흑물질이 있어서 눈에 보이는 물질(별, 가스, 우주 먼지 등)이 줄어드는 것만큼 또는 그 이상으로 중력에 기여를 하고 있다는 것이었습니다. 중력의 분포로 봤을 때 은하 전체에 이런 암흑물질들이 마치 헤일로처럼 운하를 둘러싸고 있을 것으로 추정이 되었습니다. 이러한 관찰결과를 바탕으로 해서 루빈은 은하에는 눈에 보이는 물질의 약 5배에서 6배 정도 되는 양의 암흑물질이 존재하는 것으로 생각을 했습니다.





루빈의 주장 이후에 다른 많은 천문학자들이 우주를 관찰한 결과 역시 이러한 암흑물질의 존재를 인정하는 쪽으로 결론이 나오기 시작했습니다. 예를 들어 은하들이 군집해 있는 은하단을 관찰해보면 개별 은하들의 공전 속도가 일반적인 물질들로만 구성되었다고 보기에는 너무 빨랐습니다. 이런 속도라면 개별 은하들은 은하군의 중심의 중력을 이기고 주변으로 다 튕겨져 나가야 하는데 그런 일이 벌어지고 있지 않다는 사실로 보아 역시 중력에 영향을 미치는 우리 눈에 보이지 않는 물질이 있다고 봐야만 했습니다.

과학자들은 이 암흑물질의 정체를 밝히기 위해 많은 노력들을 기울여왔습니다. 하지만 아직까지도 이 암흑물질을 탐지하기 위한 모든 노력은 결실을 맺지 못하고 있다고 합니다. 지금까지의 연구 결과로 보면 암흑물질은 빛에 반응하지도 않고 자체적으로 빛을 방출하지도 않는 것으로 보입니다. 그리고 일반적인 물질들과는 상호작용을 하지 않는 것으로 보고 있습니다. 확실한 것 하나는 암흑물질은 질량이 있기 때문에 틀림없이 중력에는 작용을 한다는 점입니다.

현재 피지알에 접속해서 인터넷을 즐기고 있는 여러분들 주위로도 눈에 보이지도 않고 탐지할 수도 없고 일반 물질들과는 상호 작용을 하지 않는 암흑물질들이 가득 차 있을지 모르는 일입니다. 마치 소리 없이 다가와서 목숨을 앗아가는 어둠의 암살자처럼 말입니다.