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암흑물질은 플로지스톤의 길을 가고 있는가?
(Is Dark Matter Going the Way of Phlogiston?)
CEH

    현재까지 가장 민감한 감도의 관측 장비를 사용한 탐색 결과에 의해서도, 암흑물질은 없다는 것이다. 현대 우주론에 대한 그 파급 효과는 엄청날 것으로 보인다.

많은 시간, 돈, 노력 등이 존재하지 않는 뭔가를 찾기 위해서 허비되어 왔다. 우주론자들은 그들이 믿고 있는 빅뱅(big bang) 이론이 작동되기 위해서, 차가운 암흑물질을 필요로 한다. 우주론자들은 빛을 내지 않는 뭔가가, 정상적인 물체와 상호작용을 하지 않지만, 중력을 가지고 있는 어떤 것을 필요로 한다. 오늘날 유행하는 현대우주론에 의하면, 그러한 것들이 많이 필요하다. 그러한 물질은 정상 물체보다 90%도 넘게 필요하다. 천체물리학자들은 그것이 무엇과 같을지를 숙고해 왔다. 이들 미스터리한 알 수 없는 물질에 대한 이름으로는 윔프(WIMPS, weakly interacting massive particles), 액시온(axions), 그리고 다른 이름들이 있다.

이제 가장 민감한 검출기도 아무 것도 발견하지 못했다는 것이다. Space.com(2016. 7. 21)은 보도했다. ”아직도 미스터리인 암흑물질 : 가장 민감한 탐색기도 발견하지 못했다.”

1.6km 지하 깊은 곳에 위치한, 믿을 수 없을 정도로 민감한 LUX 암흑물질 검출기는, 20개월 동안 암흑물질을 탐색했지만, 헛수고였다. 이 이상한 물질을 발견할 가능성은 더욱 낮아졌다. 

연구자들은 영국 쉐필드(Sheffield)에서 개최된 제11회 암흑물질 규명 컨퍼런스(Identification of Dark Matter Conference, IDM 2016)에서 그 결과를 발표했다. 그 회의는 우주 질량의 4/5 이상을 차지하고 있는 것으로 나타나는, 그러나 어떤 과학자도 직접적으로 관측하지 못했던, 미스터리한 물질인 암흑물질을 이해하고자 하는 연구자들의 모임이다. 

자연은 분명 현재의 이론에 협력적이지 않다. ”원래 프로젝트의 목표보다 4배나 더 높은 수행 성능을 가진 민감한 관측 장비들을 동원한 협력적 노력”에도 불구하고, 결과는 아무 것도 없는 것으로 나타났다는 것이다. 만약 윔프(WIMPs)가 존재한다면, 과학자들은 사우스다코타의 광산 깊은 곳에 설치되어 있는, 정화된 물 72,000갤런으로 둘러싸여있는, 1/3 톤의 액체 크세논의 검출기 모니터링에서 플래시를 볼 수 있어야만 했다.

”향상된 감도가 분명한 암흑물질의 신호를 전달했다면, 그것은 경이로운 일이었을 것이다.” 게이트스켈(Gaitskell)은 말했다. ”그러나, 우리가 관측한 것은 배경과 일치하는 것뿐이었다.”

또 다른 과학자는 매우 비협조적인 자연의 무례함에 대해서 몹시 나무라고 있었다 :

”긍정적인 신호는 환영을 받았겠지만, 자연은 그렇게 친절하지 않았다!” 런던 대학의 물리학자이며 LUX의 공동작업자인 그헤그(Cham Ghag)는 말했다. ”아무런 결과도 없다는 것도 중요하다. 왜냐하면 그것은 암흑물질이 이전에 존재했던 어떤 것 이상이 될 수 있다는 제한적 모델로 인해서, 그 분야의 지형을 변화시킬 것이기 때문이다.”

그러나 검출되지 않는 유령과 같은 제한적 모델은 무엇이 될 수 있겠는가? 존재하지 않는 어떤 것을 요구하는 이론에 커다란 변화가 필요한 시기로 보여진다. 하지만, 탐색은 계속될 것이다. Space.com은 말한다. ”차세대 LUX 검출기는 현재 LUX의 70배 감도에 도달할 수 있다.”

암흑에너지 : 우리의 우주에서 알지 못하는 또 다른 주요한 미스터리는 암흑에너지(dark energy)이다. Science Daily(2016. 7. 7) 지는 말하고 있었다. 왕립학회가 그것에 대한 탐색을 가속화하고 있지만, 모든 실험들은 충돌하는 결과만을 보여줄 뿐이다. 과학 철학가들은 ”우리 우주의 95%를 차지하고 있는 이러한 물질들은 은하 및 별들의 탄생과 죽음에 중대한 영향을 끼치고 있지만, 그것들에 대한 물리적 특성은 알려진 것이 거의 없다.”  


전파 폭발 : ”천문학에서 가장 곤혹스러운 미스터리”는 무엇일까? Nature(2016. 6. 28) 지에 따르면, 그 대답은 초강력한 전파폭발(ultra-powerful radio bursts)의 근원이라는 것이다. 어떤 이론가도 그것을 예측하지 못했다. 하지만 그것은 흔히 일어날 수 있다. 이들 폭발 중 하나는 단지 5밀리초 만에 5억 개의 태양에너지를 방출할 수 있다. 이것은 그것이 매우 치밀한 천체에서 발생한다는 것을 가리킨다. 초강력한 전파 폭발은 지금까지 20회 정도가 관측되었다.

이들 물체가 무엇이든지 간에, 최근 관측에 의하면 전파폭발은 매우 흔하다는 것이다. 매 10초마다 한 번씩 하늘에서 깜박거리고 있다. 그러나 여전히 그것들은 설명되지 못하고 있다. 이론가들은 증발하는 블랙홀(evaporating black holes), 충돌하는 중성자 별(colliding neutron stars), 엄청난 자기 분출(enormous magnetic eruptions) 같은 것들로 제안되었다. 그러나 가장 좋은 모델도 모든 관측들을 설명하는데 실패하고 있다고, 하버드대학의 천문학자인 에도 버거(Edo Berger)는 말했다. 그는 ”많은 혼돈의 소용돌이”로서 그 상황을 기술하고 있었다.

만약 그들이 우주의 먼 거리에서 왔다면, 이들 천체들의 파워는 믿을 수 없는 정도이다. 천문학자들은 미래의 언젠가 그것들이 암흑물질과 암흑에너지를 탐측하는 탐측기로서 사용될 수 있기를 희망하고 있었다.

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여전히 천문학에서는 알아야할 것들이 많이 있다. 과학자들은 관측되지 않는 실체를 영원히 주장할 수는 없다. 플로지스톤(phlogiston, 산소가 발견되기 전까지 가연성 물질의 주성분으로 생각됐었던 가상의 원소)과 열소(caloric)의 사례는 잘못된 패러다임이 수십 년 또는 수세기 동안 최고 과학자들 사이에서 유행할 수 있다는 것을 보여주었다. 조만간 우주론자들은 불가능한 일에 매달려 있다는 가능성을 고려할 필요가 있다. 현실 세계에서 다른 것을 찾아야 할 필요가 있어 보인다.

 

*관련기사 : 국제연구팀, 최고감도 검출기로도 암흑물질 검출 실패 (2016. 7. 22. 연합뉴스)
http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2016/07/22/0200000000AKR20160722116700009.HTML

Dark energy may not exist, new supernova analysis says (2016. 10. 24. Cosmos)
https://cosmosmagazine.com/physics/dark-energy-may-not-exist-new-supernova-analysis-says

Universe may not be expanding at an accelerating rate after all  (2016. 10. 24. mother nature network)
http://www.mnn.com/earth-matters/space/stories/universe-may-not-be-expanding-accelerating-rate-after-all

베일 속 ‘암흑 에너지’, 실제는 존재하지 않는다? (2016. 10. 26. 나우뉴스)
http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20161026601021

 

출처 : CEH, 2016. 7. 21.
URL : http://crev.info/2016/07/dark-matter-phlogiston/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 암흑물질은 또 다시 발견되지 않았다. (Matters Dark and Mysterious)
2. 암흑물질은 발견되지 않았다! : 중국 암흑물질 검출기의 결과도 이전과 동일했다. (China Celebrates Non-Discovery of Dark Matter)
3. 태양 근처에 암흑물질이 없다. (No Nearby Dark Matter)
4. 모든 것이 암흑인 급팽창 이론. 힉스 입자는 우주의 급팽창 빅뱅 이론을 기각시키고 있다. (Inflation—all in the ‘Dark’. The Higgs boson messes with cosmic inflation)
5. 암흑물질 탐사는 신화인가 과학인가? (Dark Matter Search Tinkers with Mythology)
6. 우주론을 천체물리학이라고 말할 수 있을까? 암흑물질 : 빅뱅이론의 트릭 (‘Cosmology is not even astrophysics’ Dark matter: a big bang fudge factor)
7. 암흑에너지는 영원히 알 수 없을 것이라고 한 우주론자는 말한다. (Cosmologist Has a Sobering Thought : We Are Forever in the Dark About Dark Energy)
8. ‘암흑 광자’ : 또 하나의 우주론적 퍼지요인 (‘Dark photons’ : another cosmic fudge factor)
9. 암흑물질 : 그것은 어디에 있는가? (Dark Matter: Where Is It?)
10. 우리 은하는 우주의 중심에 위치하는 것으로 보여진다. : 과학은 암흑에너지에 대해 아직도 암흑이다. (Science Still in the Dark about Dark Energy)
11. 암흑에너지는 하나의 광학적 환영(착시)일 수 있다. (Dark Energy May Be an Optical Illusion)
12. 별빛 하나로 사실처럼 말해지는 암흑물질들 (Dark Matters, When All You Have Is Light) 
13. 평가할 수 없는 물질들 : 암흑물질, 암흑에너지 (Imponderable Substances)
14. ‘영원한 빅뱅 우주’를 주장하는 새로운 빅뱅이론 (An eternal big bang universe)
15. 빅뱅 이론은 자가-파괴 되고 있다. (Big Bang Continues to Self-Destruct)
16. 빅뱅 4억 년 후인 134억 년 전 은하 발견과 10억 광년 크기의 거대한 은하들의 벽 : 기록적인 우주 구조들은 빅뱅 이론에 도전한다. (Record-Setting Cosmic Structures Challenge Big Bang)
17. 빅뱅 우주론은 붕괴 직전에 있다! (2015년 톱 뉴스) (Top 2015 News: Science Confronts Big Bang)
18. 초기의 거대 은하는 빅뱅 이론의 점검을 요구한다. : 빅뱅 후 단지 10억 년 정도에 574개의 거대 은하들 발견 (Early Massive Galaxies Will Require Theory Overhaul (Again)
19. 우주에서 지름 50억 광년의 은하들 고리가 발견되었다? : 빅뱅 이론에서 그러한 거대한 구조는 존재해서는 안 된다. (Giant Galaxy Ring Shouldn't Exist)
20. 우주에서 거대한 빈 공간(슈퍼보이드)이 발견되었다. : 등방성의 우주라는 빅뱅 이론의 기초 가정이 흔들리고 있다. (A Cosmic 'Supervoid' vs. the Big Bang)
21. 먼 거리의 별빛과 빅뱅 이론 (Distant Starlight and the Big Bang)
22. 빅뱅 우주론을 붕괴시키고 있는 새로운 발견들 : 우주 역사의 초기부터 존재하는 초거대 블랙홀과 중원소 먼지들 (Big Bang Cosmology Challenged by Dust and a Massive Black Hole)
23. 빅뱅 후 급팽창의 '증거'로 주장됐던 중력파 패턴은 우주 먼지에 의한 것으로 확인되었다. (A Fuss Over Dust : Planck Satellite Fails to Confirm Big Bang 'Proof')
24. 바이-바이 빅뱅? : 진화론적 천문학에서 풀리지 않는 수수께끼, 적색편이 (Bye-Bye, Big Bang?)
25. 플랑크 데이터와 빅뱅 : 우주에 특별한 방향성이 있을 수 있다. (The Planck Data and the Big Bang)
26. 높은 적색편이 퀘이사들은 빅뱅설과 충돌한다. (High-redshift quasars produce more big bang surprises)
27. 빅뱅 이론의 허구성과 젊은 우주의 증거들 (youtube 동영상)
 
 
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