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암흑물질 후보 정말 찾았나


별을 구성하는 일반 물질보다 5배 많고 우주 전체 질량의 4분의 1을 차지하는 ‘암흑물질’ 발견이 임박한 걸까. 암흑물질 존재를 암시하는 서로 독립된 두 연구가 최근 발표됐다. 흥미로운 결과가 나왔지만, 전문가들은 아직 본격적인 발견으로 보기는 이르다고 말했다.

유럽입자물리연구소(CERN)는 4월 3일, 전자의 반물질(에너지와 같은 주요 성질이 반대인, 지금은 우주에서 사라진 대칭 물질)인 양전자를 우주에서 다량으로 관측하는 데 성공했다고 발표했다. 반물질은 물질과 만나면 에너지를 내며 소멸하는 성질이 있어 초기 우주 때 만들어졌다가 모두 사라졌다고 추정된다. 따라서 우주에서 관측되지 않지만, 이론적으로 관측이 가능할 때가 있다. 암흑물질이 서로 부딪혀 소멸할 때다. 만약 우주에서 양전자가 많이 발견된다면, 그 지역에 암흑물질이 모여 있을 가능성이 높다고 간접적으로 추정할 수 있다.

CERN과 사무엘 팅 미국 매사추세츠공과대(MIT) 물리학과 교수팀은 2011년 양전자 탐지기 ‘알파 마그네틱 스펙트로미터(AMS)’를 발사해 국제우주정거장(ISS)에 부착하고, 250억 개의 다양한 입자를 검출해 기록해 왔다. 그 결과 지난 4월 초, 40만 개의 양전자를 검출하는 데 성공해 ‘피지컬 리뷰 레터’에 발표했다. 양전자는 0.5GeV부터 350GeV까지 다양한 에너지를 지니고 있었는데, 약 10GeV에서 250GeV까지는 에너지가 커질수록 양전자 비율도 함께 높아졌다.

흥미로운 점은 이 에너지대가 ‘차가운 암흑물질’로 불리는 가상의 후보 물질인 윔프(WIMP)의 추정 질량대와 비슷하다는 점이다. 만약 양전자
가 암흑물질에서 나온 게 사실이라면, 윔프가 액시온이나 비활성 중성미자 등 질량대가 다른 암흑물질 후보보다 더 유력해진다. 마침 3월 말 발표한 우주마이크로파 배경복사 관측위성 ‘플랑크’의 관측 결과도 비활성 중성미자의 존재를 부정하고 있다(120쪽 참조. 2012년 10월호 ‘암흑물질 3파전’ 참조).

하지만 AMS의 관측 결과에 대해 아직은 시기상조라는 분석도 있다. 금용연 서울대 물리천문학부 BK부교수는 “초신성이나 강력한 전파원인 펄서에서도 양전자가 많이 만들어진다”며 “전에 비슷한 임무를 했던 관측기기 ‘파멜라(PAMELA)’에서도 양전자가 관측됐지만, 결국 초신성이 원인으로 밝혀졌다”고 밝혔다.
 
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