암흑물질과 암흑에너지

암흑물질과 암흑에너지

오늘은 오랜만에 우주의 비밀에 대한 이야기를 해보고자 한다. 그 중에서 가장 과학자들, 우주학자들이 관심을 많이 가지는 것 중 하나이며 아직 미지의 영역이 많은 암흑 에너지에 대해 얘기해보려고 한다. 반발력이 지배적인 구성 요소인 우주 암흑 에너지가 가장 많은 부분을 차지하고 있으며 우주의 나머지 부분은 보통 물질 과 암흑 물질로 구성된다. 두 가지 형태의 물질과 달리 암흑 에너지는 시간과 공간에서 비교적 균일하며 그것이 차지하는 부피 내에서 별 다른 것이 없고 중력에 의해 반발력이 있다. 암흑 에너지의 본질은 여전히 ​​잘 알려져 있지 않다. 일종의 우주 반발력은 먼저 아인슈타인의 이론으로부터 시작되었다. 아인슈타인에 따르면 상수는 중력에 대항하는 반발력이 되어 우주 자체가 붕괴되는 것을 막을 수 있다라고 했다. 하지만 이 후 미국 천문학자 에드윈 허블이 우주가 정체되어 있지는 않지만 실제로 팽창하고 있다는 사실을 발견했다. 그리고 이에 아인슈타인은 나중에 천문학적 관측으로 우주가 확장되고 있음을 밝히고 우주 상수를 가장 큰 실수라고 부르면서 그 아이디어를 버렸다. 우주의 팽창이 가속화되고 있음을 알았으므로 우주의 상수는 우주 시간이 어떻게 늘어나고 있는지를 깔끔하게 설명 할 수 있기 때문에 여기에 추가로 암흑 에너지를 더한 것이다. 암흑 에너지라고 불리는 이 구성 요소의 존재에 대한 직접적인 증거는 결론적으로 98년에 처음 발표되게 된다. 암흑 에너지는 우주 팽창과 같은 대형 구조물이 되는 속도에 미치는 영향 은하와 은하 클러스터 중력 불안정성을 형성한다. 팽창률을 측정하려면 망원경을 사용하여 다른 크기의 스케일에서 보이는 물체의 거리를 측정 해야 한다. 우주의 역사에서 이러한 노력은 일반적으로 천문 거리를 정확하게 측정하기가 어렵기 때문에 제한된다. 암흑 에너지는 중력에 대항하여 작용하기 때문에 더 암흑 에너지는 우주의 팽창을 가속화하고 대규모 구조의 형성을 지연시킨다. 팽창률을 측정하는 한 가지 기술은 다음과 같이 알려진 광도의 물체의 겉보기 밝기를 관찰하는 것이다. 암흑 에너지는 98년 미국 천문학자를 포함한 두 국제 팀에 의해 이 방법으로 발견되었다. 8개의 망원경을 사용하게 된다. 우주가 현재 크기의 3분의 2에 불과했을 때 폭발한 초신성은 어두운 에너지가 없는 우주에서보다 훨씬 더 희미해져 멀리 떨어져 있었다. 이것은 암흑 에너지의 현재 지배의 결과로, 우주의 팽창 속도가 과거보다 더 빨랐음을 암시했다. 초기 우주에서는 암흑 에너지가 무시할 만한 정도였다. 대규모 구조에 대한 암흑 에너지의 영향을 연구하는 것은 중간 물질을 통해 공간의 굽힘으로 인해 발생하는 은하의 모양에서 미묘한 왜곡을 측정하는 것이다. 지난 수십억 년의 어느 시점에서 우주에서 암흑 에너지가 지배적이 되어 더 많은 은하와 은하단이 형성되는 것을 막았다. 우주의 은하단 수를 세어 공간의 부피와 그 부피가 증가하는 속도를 측정하는 또 다른 방법이 있다. 우주 이론에서 암흑 에너지는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 필드 방정식의 응력 에너지 텐서의 일반적인 구성 요소이다. 이 이론에는 우주의 물질 에너지와 시공간에 대한 부분이 나온다. 물질 및 방사선과 같은 응력에너지 텐서의 구성 요소는 시공간을 구부림으로써 매력적인 중력을 제공하지만 어두운 에너지는 음의 내부 압력을 통해 반력을 유발한다. 압력 대 에너지 밀도의 비가 마이너스 3분의 1 미만이면, 부압을 갖는 구성 요소에 대한 가능성은 그 구성 요소를 중력 자체 반발 할 것이다. 이러한 구성 요소가 유니버스를 지배하면 유니버스의 확장이 가속화된다. 암흑 에너지에 대한 가장 간단하고 오래된 설명은 빈 공간에 고유한 에너지 밀도 또는 진공 에너지가 존재한다는 것이었다. 수학적으로 진공 에너지는 아인슈타인의 우주 상수와 같다. 아인슈타인과 다른 사람들에 의한 우주 상수의 거부에도 불구하고 양자장 이론에 기초한 진공에 대한 현대의 이해는 진공 에너지가 양자 변동의 전체로부터 자연적으로 발생 한다는 것이다. 그런 다음 곧 빈 공간에서 서로를 전멸시킨다. 암흑 에너지에 대한 또 다른 가능한 설명은 우주 조직의 위상 결함이다. 시공간에서의 고유 결함의 경우 우주가 확장됨에 따라 새로운 결함의 생성은 우주 상수와 수학적으로 유사하지만 결함의 상태 방정식 값은 결함은 끈 또는 벽이다. 우주론과 지역 관측을 설명하기 위해 중력을 수정하려는 시도도 있었다. 이러한 시도는 우주의 규모에 일반 상대성 이론에서 출발한다. 암흑 에너지의 본질과 그와 관련된 많은 문제를 이해하는 것은 현대 물리학에서 가장 큰 도전 중 하나이다 . 다음으로 암흑물질에 대한 이야기를 잠시 해보자. 암흑 물질은 성분 그것의 존재가 그것의 광도보다는 중력으로부터 구별되는 개념이다. 암흑 물질의 존재가 확인 된 이후 은하와 은하단에서 암흑 물질의 우세는 다음과 같은 현상을 통해 식별되었다. 암흑 물질은 천문학자들이 우주에서 보는 착시 현상을 설명 할 수 있다. 예를 들어 이상한 고리와 빛의 호를 포함하는 은하의 사진은 훨씬 더 먼 은하의 빛이 중력 렌즈로 알려진 현상인 전경에서 거대하고 보이지 않는 암흑 물질의 구름에 의해 왜곡되고 확대되는 경우 설명 될 수 있다. 이러한 암흑 물질은 우주 물질 에너지 구성의 30프로 정도 된다. 별의 질량은 우주 구성의 1프로도 안되는 정도와 비교했을 때 굉장히 많은 부분을 차지하고 있다. 두 가지 종류의 암흑 물질이 존재하는 것으로 밝혀졌다. 이렇듯 우주에는 아직도 많은 부분을 차지하고 있는 암흑에너지와 암흑 물질에 대해서 밝히지 못한 부분이 많다. 이러한 부분이 증명되어가고 알아간다면 우리는 우주를 이해하는 또다른 폭넓은 시야를 가지게 될 것이고 우주의 실마리를 하나씩 더 풀어 나갈 수 있을 것이다. 하루빨리 이러한 비밀들이 풀려져 나갔으면 좋겠다.