한국천문연구원 연구진이 암흑물질의 기존 물리적 성질에 대한 가정을 바꾸는 것만으로 최근 천문학계에서 논쟁이 되고 있는 우주 팽창 관측 결과를 설명할 새로운 가능성을 제시했다.
천문연은 샤피엘루 알만 박사와 장준첸 박사 연구진이 암흑물질에 미세한 압력이 존재한다고 가정하면 암흑에너지가 복잡하게 변화하지 않아도 최근 우주 관측 결과를 설명할 수 있음을 확인했다고 28일 밝혔다.
1998년 초신성 관측으로 우주 팽창이 가속하고 있다는 사실이 밝혀진 이후 과학자들은 이를 설명하기 위해 암흑에너지 개념을 도입했다. 그러나 최근 미국 암흑에너지분광장비(DESI) 관측에서 암흑에너지가 시간에 따라 약해질 가능성이 제기되면서 기존 우주론에 대한 논쟁이 이어지고 있다.
특히 일부 관측 결과를 설명하려면 암흑에너지 압력과 에너지 밀도 비율이 -1인 '팬텀 경계'를 넘어 변화해야 한다. 이는 이론적으로 설명하기 어려운 특성을 수반할 수 있다.
연구진은 암흑에너지 대신 암흑물질의 성질에 주목했다. 기존 표준 우주론은 암흑물질이 압력이 없는 물질처럼 행동한다고 가정하지만, 실제 물리적 성질은 아직 밝혀지지 않았다.
연구진은 DESI의 은하·퀘이사 관측자료와 암흑에너지탐사(DES)의 5년간 초신성 관측자료, 우주배경복사(CMB) 관측자료를 종합 분석했다.
분석 결과 암흑물질이 미세한 양의 압력을 가져 우주 팽창 과정에서 밀도가 일반 물질보다 조금 더 빠르게 감소한다고 가정하면 최근 관측 결과를 설명할 수 있는 것으로 나타났다.
특히 암흑에너지가 팬텀 경계를 통과하지 않고도 관측자료와 부합하는 모형을 제시했다. 초기 우주와 현재 우주에서 추정한 암흑물질의 양이 미묘하게 차이 나는 현상도 설명할 가능성을 확인했다.
새 모형은 기존 암흑에너지 변화 모형보다 관측자료를 다소 잘 설명했지만, 통계적으로 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 이에 따라 추가 관측과 검증이 필요하다.
샤피엘루 알만 박사는 “암흑에너지의 복잡한 변화를 가정하지 않고도 최근 우주 관측 결과를 설명할 새로운 가능성을 제시했다”며 “암흑물질의 물리적 성질을 새롭게 살펴볼 필요성을 보여준다”고 말했다.
연구진은 내년부터 관측·시뮬레이션·이론을 융합한 암흑물질 연구 프로젝트 'K-코스모스(K-COSMOS)'를 통해 후속 연구를 이어갈 계획이다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '천체물리학저널 레터스'에 지난 10일에 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
