츠비키와 루빈
1933년 스위스 출신 천문학자 프리츠 츠비키는 머리털자리 은하단의 은하들이 너무 빨리 움직여서, 보이는 별의 질량만으로는 흩어지지 않고 묶여 있을 수 없다고 계산했어요. 그는 보이지 않는 '어두운 물질(dunkle Materie)'이 있어야 한다고 했지만 오랫동안 주목받지 못했어요. 1970년대 미국의 베라 루빈과 켄트 포드는 안드로메다 은하 등의 회전 속도를 측정해, 바깥쪽 별들도 안쪽만큼 빠르게 돈다는 '평평한 회전 곡선'을 보여 줬어요. 뉴턴 역학대로라면 바깥쪽은 느려야 하므로, 은하는 보이지 않는 거대한 헤일로에 싸여 있다는 결론이 나왔죠.
더 많은 증거
무거운 천체가 빛을 휘게 하는 일반상대성이론의 중력 렌즈 효과로 질량 분포를 지도로 그리면, 보이는 물질보다 훨씬 많은 질량이 드러나요. 2006년 발표된 '총알 은하단' 관측에서는 두 은하단이 충돌한 뒤 뜨거운 가스는 가운데 남고 질량 중심은 양옆으로 빠져나가, 보이지 않는 물질이 실재한다는 강력한 증거로 꼽혀요. 플랑크 위성의 우주배경복사 분석에 따르면 우주는 보통 물질 약 5%, 암흑물질 약 27%, 우주 팽창을 가속하는 암흑에너지 약 68%로 이뤄져 있어요. 암흑물질은 빅뱅 이후 은하가 자라는 뼈대 역할을 했다고 봐요.
정체를 찾아서
암흑물질은 블랙홀이나 어두운 별 같은 보통 물질로는 양이 부족해, 아직 발견되지 않은 새로운 입자일 가능성이 커요. 약하게 상호작용하는 무거운 입자(WIMP), 아주 가벼운 액시온, 비활성 중성미자 등이 후보지만, 지하 실험실의 직접 검출 실험과 힉스 입자를 찾은 LHC에서도 아직 신호가 없어요. 한편 1983년 모르데하이 밀그롬이 제안한 수정 뉴턴 역학(MOND)처럼 중력 법칙 자체를 고치자는 대안도 있지만, 은하단과 우주배경복사를 모두 설명하기는 어려워요. 앞으로 중력파 관측과 대형 망원경 탐사가 실마리를 줄 것으로 기대돼요.
자주 묻는 질문
- 암흑물질과 암흑에너지는 같은 건가요?
- 아니에요. 암흑물질은 중력으로 물질을 끌어당겨 은하를 묶고, 암흑에너지는 우주 팽창을 가속하는 정체불명의 요인이에요.
- 암흑물질은 지금 내 몸을 지나가고 있나요?
- 입자라면 그럴 가능성이 높지만, 보통 물질과 거의 상호작용하지 않아 아무 영향도 느낄 수 없어요.
출처 검토일: 2026-10-26
참고문헌
- Zwicky, F. (1933). Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln. Helvetica Physica Acta, 6, 110–127.
- Rubin, V. C., & Ford, W. K. (1970). Rotation of the Andromeda Nebula from a spectroscopic survey of emission regions. Astrophysical Journal, 159, 379–403.
- Planck Collaboration. (2020). Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics, 641, A6.