망원경으로 영상을 촬영하는 것은 불가능하고 완전히 이해하기는 어렵지만 그럼에도 불구하고 암흑 물질은 어디에나 있습니다.
암흑 물질의 가장 깊은 신비는 그 본질과 행동과 관련이 있습니다. 암흑물질에 관한 일반적인 생각은 암흑물질이 서로 상호작용하지 않는 저속 입자로 구성되어 있다고 가정하는 CDM(Cold Dark Matter) 이론입니다. 이 생각은 논의되었으며 다시 논쟁의 여지가 있습니다. 캘리포니아 대학의 연구팀인 천체물리학자 하이보유(Hai Bo Yu)가 이끄는 연구팀은 차가운 암흑물질이 잘 작동하지 않는 극단적인 현상을 설명하는 대안적인 아이디어를 내놓았습니다.
은하와 은하단은 암흑 물질의 후광으로 둘러싸여 있다고 생각됩니다. 논쟁의 한쪽 끝에는 너무 밀도가 높아서 CDM과 호환되지 않는 은하계 암흑 물질 헤일로가 있고, 다른 쪽 끝에는 너무 확산되어 CDM이 이해할 수 없는 은하계 암흑 물질 헤일로가 있습니다. 대신 Yu와 그의 동료들은 어떤 어둠의 세력이 있다고 제안합니다(미안해요, 스타워즈 팬 여러분. 그만큼 힘)은 암흑 물질 입자를 서로 충돌시킵니다. 이것이 바로 SIDM(자기 상호작용 암흑 물질)입니다.
확산 코로나에서는 서로를 바깥쪽으로 밀어내거나 밀도가 높은 코로나에서는 서로 가까워지고 안쪽으로 상호 작용하는 보이지 않는 입자에 대한 아이디어가 우리가 어둠 속에서 찾고 있던 것일 수도 있습니다. 하지만 먼저, 암흑물질이 압도적으로 차갑다고 생각되는 이유는 무엇일까요?
어둠 속에서 길을 잃었다
암흑 물질은 가시 물질 및 전자기 복사와의 상호 작용이 약하거나 존재하지 않기 때문에 “어두운” 것입니다. 어떤 종류의 전자기 방사선과도 중요한 상호 작용을 할 수 없기 때문에 어떤 빛도 그것을 비출 수 없습니다. 적어도 차가운 암흑물질 이론에 따르면 암흑물질이 “차가운” 것으로 묘사되는 이유는 느린 입자가 빛의 속도보다 훨씬 느리게 움직이는 것으로 생각되기 때문입니다.
CDM은 은하와 같은 우주 구조를 만들고 유지하는 역할을 하기 때문에 암흑 물질의 표준 모델로 남아 있습니다. 암흑 물질이 차갑다면, 진공 공간을 통과하는 것보다 더 쉽게 수집되고 응집될 수 있습니다. 이는 모든 암흑 물질이 “뜨거우거나” 빠른 속도로 움직이는 더 가벼운 입자로 구성되어 있는 경우일 것입니다. 뜨거운 암흑 물질 입자는 너무 빨라서 장기간에 걸쳐 구조를 형성할 수 없으며 충돌하는 기존 구조를 평평하게 만들 수 있습니다. 따뜻한 암흑물질은 추위와 뜨거움 사이 어딘가에 위치합니다.
암흑물질의 종류가 얼마나 많은지는 알려져 있지 않습니다. 일부 과학자들은 모든 암흑물질이 차갑다고 주장하는 반면, 다른 과학자들은 한 가지 이상의 유형이 있다고 주장합니다.
CDM은 이 보이지 않는 물질이 완전히 움직이지 않는다고 말하지 않지만 많은 암흑 물질 입자가 충돌하는 것을 허용하지 않습니다. 이것이 SIDM이 들어오는 곳입니다.
더 많은 빛을 비춰보세요
뜨겁고 따뜻한 암흑 물질은 연구 범위를 벗어났지만 Yu와 그의 팀은 SIDM이 실제로 작동하지 않는 차가운 암흑 물질의 한 측면을 설명할 수 있는지 여부를 테스트했습니다. 즉, 밀도가 매우 높고 확산된 암흑 물질 헤일로를 설명하는 데 어려움을 겪고 있습니다.
“에 [diffuse scenario]상호 작용은 외부 코로나 영역에서 내부 코로나 영역으로 열을 전달하여 중심 밀도를 감소시킵니다. 에서 [dense scenario]“열 흐름의 방향이 바뀌고 내부 코로나는 CDM 대응 부분보다 밀도가 높아집니다.”라고 그들은 성명에서 말했습니다. 스테디 이 내용은 최근 The Asphysical Journal Letters에 게재되었습니다.
초확산 은하 UDG는 별이 서로 멀리 떨어져 흩어져 있기 때문에 특히 희미한 왜소 은하입니다. 별 형성 가스는 너무 얇게 퍼져서 많은 새로운 별을 생성할 수 없습니다. 초확산 은하의 암흑 물질 헤일로는 일반 왜소 은하보다 훨씬 더 멀리 도달합니다. 이는 CDM이 제안한 비충돌 입자에서는 발생하지 않아야 합니다. 상호 작용하지 않는 입자는 서로 더 가까워지고 밀도가 더 높아집니다. 더 짧은 범위의 후광. SIDM을 사용하면 입자가 충돌하여 열을 전달할 수 있으며, 그에 따른 암흑 물질 팽창은 이러한 후광이 그렇게 흔한 이유를 설명할 수 있습니다.
두 번째 시나리오는 밀도가 너무 높아 중력렌즈 효과에 영향을 미치는 암흑물질 후광을 다루고 있습니다. 이 조밀한 할로에는 시공간을 구부릴 만큼 충분한 암흑 물질이 포함되어 있어 해당 공간 영역을 통과하는 빛도 구부러집니다. 이러한 교란으로 인해 렌즈형 은하 뒤에 있는 물체는 비록 종종 다소 왜곡되기는 하지만 확대됩니다. SIDM은 또한 충돌하는 입자가 바깥쪽뿐만 아니라 안쪽을 가리킬 수 있어야 하기 때문에 중력 렌즈에 영향을 주기에 충분한 암흑 물질 농도를 지원합니다. 입자들이 서로 충돌하면 코로나의 밀도가 증가하고, 입자 떼가 중력 렌즈를 생성하는 거대한 암흑 물질 거품을 형성할 수 있습니다.
우리는 여전히 여러 면에서 암흑물질에 대해 어둠 속에 있습니다. 이를 직접적으로 감지할 수 있는 방법이 있을 때까지 우리는 SIDM과 같은 아이디어가 어떤 용도로 사용될 수 있는지 확인하기 위해 이론적 작업에 의존해야 합니다. 아마도 언젠가 우리는 마침내 암흑 물질의 비밀을 밝힐 직접적인 탐지 방법을 갖게 될 것입니다.
천체 물리학 저널 레터, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”