암흑물질의 기원에 대한 새로운 단서

콜게이트 대학의 학생과 교수팀이 최근 진행한 연구는 암흑물질의 기원에 대한 세계의 이해를 근본적으로 바꿀 수 있는 새로운 단서를 밝혀냈다.

물리학 및 천문학 조교수인 코스민 일리에와 리처드 케이시는 텍사스 오스틴 대학의 캐서린 프리즈와 마틴 윙클러가 제안한 아이디어를 탐구했다.

 

이 아이디어는 암흑물질이 우주의 탄생 직후에 발생한 별도의 "암흑 빅뱅"에서 비롯되었을 수 있다는 것이다.

우주를 채우고 있는 모든 물질(암흑물질 포함)이 하나의 주요 사건인 빅뱅에서 비롯되었다는 것은 널리 받아들여지고 있다.

이것은 우주의 매우 짧은 극단적인 초기 팽창 단계를 주도한 진공 에너지가 방사선과 입자의 뜨거운 플라즈마로 전환되었을 때의 우주 인플레이션 시기의 끝과 일치한다.

가장 시급한 미스터리 중 하나는 오늘날 우주의 에너지 예산의 약 25%를 차지하는 암흑물질의 기원과 본질이다.

지하 실험이나 가속기에서 아직 직접적으로 검출되거나 관측되지 않았지만, 암흑물질의 중력 효과는 은하와 은하 외적 규모에서 확립되었다.

또한 암흑물질은 빅뱅의 전자기적 여파인 우주 마이크로파 배경 복사에 관측 가능한 흔적을 남긴다.

 

2023년에 프리즈와 윙클러는 암흑물질이 일반 물질과 달리 일반 빅뱅 이후 몇 달 후에 발생할 수 있는 별개의 빅뱅 사건에서 비롯되었을 수 있다고 제안했다.

이 모델에서 암흑물질 입자는 처음에는 거짓 준안정 진공 상태에 갇혀 있는 암흑 부문에만 결합하는 양자장의 붕괴를 통해 생성된다.

 

 

암흑 빅뱅: 암흑물질의 새로운 기원

콜게이트 대학의 일리에와 케이시는 최근 연구에서 암흑 빅뱅 모델을 탐구하고 개선하여, 현재의 실험 데이터와 일치하는 모든 가능한 실현 시나리오를 결정했다.

가장 주목할 만한 점은 이 연구가 암흑물질의 기원을 설명할 수 있는 이전에 탐구되지 않았던 가능한 매개변수 범위를 발견했다는 것이다.

 

또한 이 연구는 특히 미래의 실험으로 검출 가능한 중력파의 생성을 포함하여 이러한 새로운 시나리오의 잠재적인 관측 가능한 결과를 결정한다.

일리에는 "암흑 빅뱅에 의해 생성된 중력파를 검출하면 암흑물질의 새로운 이론에 대한 결정적인 증거를 제공할 수 있다"고 말했다. "IPTA(International Pulsar Timing Array)와 SKA(Square Kilometer Array)와 같은 현재의 실험이 진행되면서, 우리는 이 모델을 전례 없는 방식으로 테스트할 수 있는 도구를 곧 갖게 될 것이다."

2023년 NANOGrav 협력단이 검출한 배경 중력파는 암흑 빅뱅의 실현과 관련이 있을 수 있다.

미래의 실험이 더 정밀한 측정을 제공함에 따라, 이 연구 결과는 암흑 빅뱅을 지배하는 매개변수에 대한 이해를 개선하고 암흑물질의 진정한 기원으로 확인할 수 있을 것이다.

 

이러한 발견의 의미는 암흑물질을 넘어 확장될 수 있다.

이 발견은 우주의 초기 역사와 그 진화를 형성한 힘에 대한 새로운 관점을 제공하기 때문이다.

암흑물질과 그 기원의 미스터리를 푸는 연구는 현대 우주론의 최전선에서 연구를 계속 추진하고 있다.