암흑물질의 숨은 힘, 우주 구조 성장 늦춰

8월 2일 '우주론 및 천체입자물리학 저널(JCAP)'에 게재된 새로운 연구에 따르면, 암흑물질 입자들 사이에 작용하는 추가적인 인력은 예상과 달리 우주 구조의 성장을 가속화하기보다는 오히려 늦추는 경향이 있는 것으로 나타났다. 이 연구를 이끈 페리미터 이론물리연구소의 재커리 와이너는 그러한 힘이 암흑물질을 더 효율적으로 뭉치게 하지만, 동시에 입자들이 시간이 지남에 따라 실질적으로 질량을 잃게 만들어 중력 효과를 약화시키고 구조 형성을 억제한다는 것을 보여주었다.

과학자들은 정밀한 우주론적 관측이 표준 모델과 어긋나는 경우가 있기 때문에 숨겨진 '암흑 힘'의 존재 가능성을 탐구해 왔다. 우주 팽창과 우주 마이크로파 배경 복사에 대한 측정은 불일치를 암시한다. 일부 데이터는 과거 팽창이 더 느렸음을 시사하고, 다른 데이터는 물질이 예측보다 더 조밀하게 뭉쳐 있음을 보여준다. 이러한 작지만 지속적인 이상 현상은 일반 물질이 감지할 수 없는 암흑물질 영역 내 추가 상호작용에 대한 탐색을 촉진한다.

와이너에 따르면, 이 반직관적인 결과는 두 가지 경쟁 효과에서 비롯된다. 추가 인력은 실제로 뭉침을 강화하지만, 동시에 우주가 팽창함에 따라 암흑물질의 거동을 변화시켜 입자 질량을 실질적으로 감소시킨다. 이러한 질량 손실은 더 강한 인력을 상쇄하여 대부분의 모델에서 구조 성장을 전반적으로 억제한다. 이 연구는 암흑물질 입자가 중력과 함께 장거리 힘을 통해 상호작용하는 일련의 이론적 모델을 이론적 계산과 우주론적 데이터를 사용하여 조사했다.

이 발견은 최근 다크 에너지 분광 장비(DESI)의 측정 결과를 설명하려는 이론에 영향을 미친다. 일부 모델은 유사한 암흑물질 상호작용을 도입하여 이를 설명한다. 연구진은 숨은 인력을 가진 어떤 이론도 실질적인 질량 손실 메커니즘을 고려해야 한다고 지적한다. 향후 관측소와 우주 탐사는 이러한 가능성을 시험할 더 정밀한 데이터를 제공할 수 있을 것이다.

와이너는 지속적인 검증의 필요성을 강조하며 "우주는 종종 우리의 직관보다 더 미묘하다"고 말했다. 이 연구는 시사 메디아랩(Sissa Medialab)이 발행했다.