페삭 벤슨 기자 • 2025년 9월 30일
예루살렘, 2025년 9월 30일 (TPS-IL) — 이스라엘 과학자들이 우주 물질의 대부분을 차지하는 신비로운 물질에 대한 직접적인 창을 제공하는 암흑 물질 연구의 획기적인 방법을 제시했다고 월요일 기쁜 소식이 전해졌다.
암흑 물질은 빛을 방출, 흡수 또는 반사하지 않아 망원경으로 보이지 않는 물질의 한 종류이다. 과학자들은 은하와 우주의 거대 구조에 미치는 중력 효과 때문에 암흑 물질이 존재한다는 것을 알고 있다. 우주 전체 물질의 약 85%가 암흑 물질로 추정되지만, 암흑 물질 입자가 직접 감지된 적이 없어 그 구성은 알려지지 않은 상태이다.
텔아비브 대학교의 새클러 물리학 및 천문학과의 레난 바르카나 교수가 이끄는 새로운 연구는 빅뱅 후 약 1억 년 후인 우주의 초기 시대인 우주 암흑 시대에 방출되는 희미한 전파를 감지하는 것을 제안한다. Nature Astronomy에 발표된 이 연구는 암흑 물질이 이 초기 단계에서 밀집된 덩어리를 형성하여 수소 가스를 끌어당기고 약하지만 측정 가능한 전파 방출을 생성했다고 시사한다.
바르카나는 “NASA의 새로운 제임스 웹 우주 망원경은 최근 빅뱅 후 약 3억 년 후의 빛이 우리에게 도달하는 먼 은하를 발견했습니다. 우리의 새로운 연구는 빅뱅 후 1억 년 후인 더 초기이고 더 신비로운 시대인 우주 암흑 시대를 연구합니다.”라고 말했다.
“컴퓨터 시뮬레이션은 우주 전체의 암흑 물질이 밀집된 덩어리를 형성하고 있으며, 이는 나중에 최초의 별과 은하를 형성하는 데 도움이 될 것이라고 예측합니다. 이 덩어리의 예측 크기는 암흑 물질의 알려지지 않은 속성에 달려 있으며 따라서 이를 밝히는 데 도움이 될 수 있지만 직접 볼 수는 없습니다. 그러나 이 암흑 물질 덩어리는 수소 가스를 끌어당겨 더 강한 전파를 방출하게 했습니다. 우리는 이 모든 것의 누적 효과를 하늘의 평균 전파 강도를 측정하는 전파 안테나로 감지할 수 있을 것으로 예측합니다.”
지구 대기가 희미한 전파를 차단하기 때문에 이러한 신호를 관측하는 것은 기술적으로 어렵고, 더 나은 안정성을 위해 달에 배치될 수 있는 우주 기반 망원경의 사용이 필요하다.
이 연구는 “미국, 유럽, 중국, 인도의 우주 기관들이 달 개발에 대한 가치 있는 과학적 목표를 찾고 있으며, 우주 암흑 시대의 전파를 감지하는 것은 매력적인 목표를 제공합니다.”라고 언급했다.
최초의 별이 형성된 우주 새벽과 같은 후기 시대는 더 강한 전파 신호를 생성할 것으로 예측된다. 이는 지구에서 측정할 수 있지만, 별 형성의 영향으로 해석이 복잡하다. 바르카나는 호주에 80,000개의 전파 안테나를 배치하여 이러한 방출을 지도화하고 하늘 전체에 걸쳐 초기 암흑 물질 덩어리의 지문을 추적하는 국제 프로젝트인 스퀘어 킬로미터 어레이(SKA)에 참여하고 있다.
바르카나는 “우주 암흑 시대의 전파 신호는 상대적으로 약해야 하지만, 관측상의 어려움을 극복할 수 있다면 암흑 물질의 본질을 테스트할 새로운 길을 열어줄 것입니다.”라고 말했다. “현재 우주에서 암흑 물질은 수십억 년 동안 별과 은하와 상호 작용해 왔기 때문에 그 속성을 해독하기 어렵습니다. 초기 우주에서 이를 관찰하면 잠재적으로 암흑 물질이 실제로 무엇인지 밝힐 수 있는 완벽한 실험실을 얻을 수 있습니다.”
바르카나는 “과학자들이 새로운 관측 창을 열 때 놀라운 발견이 뒤따르는 것이 일반적입니다. 물리학의 성배는 암흑 물질의 속성을 밝히는 것입니다. 이 연구는 우리가 마침내 그렇게 할 수 있는 방법을 제시하며, 초기 우주의 우주 전파 채널에 맞춰 우리 은하를 포함한 모든 은하가 구축된 보이지 않는 비계에 대한 엿보기를 제공합니다.”라고 말했다.
