붉은빛 가득한 지하 1000m 실험실…암흑물질을 찾아라! 작성일 03-21 48 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="tPEuCKiPuI"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3bbfa07d43da60b5db47d7f999ff28035ebfd87b6ce8701717af9f809abbfed4" dmcf-pid="F7dYN1V7pO" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="강원도 정선 예미랩 실험실. 어린이과학동아 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080204551xmvi.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="1nbk4s5T34" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080204551xmvi.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 강원도 정선 예미랩 실험실. 어린이과학동아 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="5581248af00ffac25012d012cba3e9d9532674f56c0e2c615e121a19e6a311b5" dmcf-pid="3zJGjtfz0s" dmcf-ptype="general"><span>○ 암흑물질 지하 1000m에서 찾다?!</span></p> <p contents-hash="01ba513c4ca580fc81c522b635e534a6a85cf3c03a166ed91776a0498acdadea" dmcf-pid="0qiHAF4qUm" dmcf-ptype="general"><strong>● 우주 방사선을 피해 지하로 내려가다</strong></p> <p contents-hash="dffcb0cb4b79a7cc3a4c34463aa1f8948b74fac4cc44abcf94aea056954e4e0a" dmcf-pid="pBnXc38BFr" dmcf-ptype="general">지난 2월 14일 지하 1000m 아래에 위치한 실험실에 다녀왔습니다. 승강기를 타고 아래로 내려가자 약 3분 뒤 덜컹하는 소리와 함께 지하 600m 지점에 도착했습니다. 승강기에서 내려 카트를 타고 안으로 이동하니 거대한 실험실이 모습을 드러냈습니다. 바로 강원도 정선 '예미랩'이었습니다.</p> <p contents-hash="10a8661bc2e199749164cd5a7a3baeb42ec26ecf63cf30fa36209809588f52ba" dmcf-pid="UbLZk06bFw" dmcf-ptype="general"> 정선 예미랩은 2022년 강원도 정선군에 지어진 지하 실험실로 크기가 3000㎡에 달합니다. 우리나라에서 가장 큰 지하 실험실이자 세계에서 여섯 번째로 큰 규모입니다. 예미랩에서는 여러 분야의 연구가 이뤄지고 있지만 그중에서 암흑물질을 찾기 위한 연구가 가장 활발하게 진행되고 있습니다. 암흑물질은 우주에 존재하지만 보이지 않는 물질입니다. 암흑물질은 신호가 약해서 지하에서 주로 존재를 찾고 있습니다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2c22a612c93593063fe94145ffed169cbaa41aad9f954238cdc9f105d466bc14" dmcf-pid="uKo5EpPKpD" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="실험실은 아치형으로 지어졌다. 어린이과학동아 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080205844hrqi.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="PRUgbkWIuX" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080205844hrqi.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 실험실은 아치형으로 지어졌다. 어린이과학동아 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="a627719f46faa2e520c4b8f6e8065cb03a112ff8740542d333f4438ea6ee1dcb" dmcf-pid="79g1DUQ97E" dmcf-ptype="general">카트에서 내려 앞을 바라보자 공기가 바깥으로 드나드는 배관 두 개가 길게 뻗어 있었습니다. 실험실 입구에는 소음이나 먼지를 막기 위해 방진문이 설치돼 있었습니다. 그중 암흑물질을 연구하는 실험실은 붉은빛으로 가득했습니다. </p> <p contents-hash="158fac682834f43828649e3ca3dd43d61fe84c603fba7cdfe7f636c912cc928d" dmcf-pid="zfj3mzRfuk" dmcf-ptype="general"> 암흑물질을 검출하는 기계인 ‘코사인-100U’ 때문이었습니다. 소중호 기초과학연구원(IBS) 연구원은 “붉은빛은 에너지가 가장 낮다”며 “외부에서 발생하는 모든 자극을 줄여 암흑물질 신호에 귀를 기울이고 있다”고 말했습니다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ae723224127a0d5d9b211c8d50bf7d9cad8a71ad0cc4a4231c235038d25ab105" dmcf-pid="q4A0sqe4uc" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="암흑물질의 흔적을 포착하는 코사인-100 검출기. 어린이과학동아 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080207099kmzg.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="ZbFLqATsUl" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080207099kmzg.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 암흑물질의 흔적을 포착하는 코사인-100 검출기. 어린이과학동아 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="1532d6f75ef924264fb52afae6f489fd64a78579a08c39fd91533daffd1ea1e4" dmcf-pid="B8cpOBd87A" dmcf-ptype="general">이처럼 미세한 암흑물질의 신호를 찾기 위해서는 주변 환경을 철저하게 통제해야 합니다. 특히 우주 방사선은 암흑물질을 검출하는 데 방해 요소가 됩니다. 우주 방사선은 우주에서 만들어져 지구로 향하는 방사선입니다.</p> <p contents-hash="c7b4ff65dd94ffdb12570d88ef6896ee337890b8860cc12302b8da45baeb1e99" dmcf-pid="b6kUIbJ6Fj" dmcf-ptype="general"> 우주 방사선이 지구의 대기와 부딪히면 ‘뮤온’이라는 아주 작은 입자가 만들어집니다. 손바닥만 한 면적을 하루에도 8만 6000여 개 지나갈 만큼 뮤온은 많이 존재합니다. </p> <p contents-hash="e9393b17a22adac7d7f6e3c6c714a82f52606641886683552e9b93b24c576df6" dmcf-pid="KPEuCKiPuN" dmcf-ptype="general"> 그런데 뮤온이 암흑물질을 검출하는 기계에 부딪히면 기계가 암흑물질 신호로 오해할 수 있습니다. 그래서 예미랩은 뮤온을 피하고자 지하 깊은 곳에 지어졌습니다. 소 연구원은 “예미랩에서는 하루에 뮤온이 2개 정도만 통과한다”고 설명했습니다. 그러면서 “예미랩은 암흑물질을 찾기 위한 최적의 장소”라고 덧붙였습니다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ed23c5ff4c1e21f071b779ab3047416553ab91f8ac908fe87edb7c7d14964c6c" dmcf-pid="9QD7h9nQFa" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="암흑물질의 존재를 처음 알린 프리츠 츠비키. 퍼블릭 도메인 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080208356sniq.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="5QT65ewaFh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080208356sniq.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 암흑물질의 존재를 처음 알린 프리츠 츠비키. 퍼블릭 도메인 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="93236d576378d65969b92cde4841da27e32b934ef448cd37c7df5c0030b38f57" dmcf-pid="2xwzl2Lxpg" dmcf-ptype="general"><span>○ 암흑물질 정체는?</span></p> <p contents-hash="903538de369c2473cbace8fbe29081651f92107579b6a76f70c689ca971154d1" dmcf-pid="VMrqSVoMpo" dmcf-ptype="general"><strong>● 질량이 있지만 상호작용하지 않는다</strong></p> <p contents-hash="b3b4673be794463bfc4c989034971c6efd5294d6fa434b3c9fb2ed26d79d8170" dmcf-pid="fZfORvUZ7L" dmcf-ptype="general"> 암흑물질은 1933년 스위스의 천문학자 프리츠 츠비키에 의해 처음 발견됐습니다. 츠비키는 3억 광년 떨어진 별의 무리를 관측하다가 별들이 예상보다 빠르게 돈다는 것을 알게 됐습니다. </p> <p contents-hash="d13485bb415daab5bea73b7c61077d47de6d846a5086345a2b4fa867b50d3695" dmcf-pid="454IeTu57n" dmcf-ptype="general"> 당시 알려진 별과 가스의 질량만으로는 별이 회전하는 속도를 충분히 설명하지 못했습니다. 츠비키는 보이지 않지만 중력으로 은하를 붙잡는 물질이 존재할 것으로 생각했고 이것이 암흑물질 연구의 출발점이었습니다.</p> <p contents-hash="9876b852e4c5895bcef60362e8f9d783afaf80ef3432ce8bd106cbb9bd0194c4" dmcf-pid="818Cdy71zi" dmcf-ptype="general"> 암흑물질의 중요한 특징은 질량이 존재한다는 것입니다. 다만 아직 정확한 질량이 알려지지 않아 추측만 할 뿐입니다. 우주의 역사를 설명하는 우주 표준 모형에 따르면 우주는 암흑에너지 약 70%, 암흑물질 25%, 별과 가스 같은 보통 물질 5%로 구성돼 있습니다. </p> <p contents-hash="8e5b9405a301b2cf3dd0aaeac5f86a94431e7129378bfc22a01ee920d8078270" dmcf-pid="6t6hJWzt3J" dmcf-ptype="general"> 황호성 서울대 물리천문학부 천문학과 교수는 “암흑물질이 보통 물질보다 5배 더 많아서 질량이 5배 많다고 추정할 수 있다”고 말했습니다.</p> <p contents-hash="fc1ce6270ca2c74b50bbeeeab21905c7f58b700b84c3c397eeb0fd3f60833866" dmcf-pid="PFPliYqFud" dmcf-ptype="general"> 또 암흑물질은 보통 물질과 거의 반응하지 않습니다. 보통 물질은 강력, 약력, 전자기력, 중력의 네 가지 힘을 주고받으며 상호작용하지만 암흑물질은 이러한 힘과 거의 반응하지 않습니다. 대신 질량이 있어서 중력의 영향은 받습니다. 그래서 다른 물질을 끌어당기거나 다른 물질에 끌릴 수 있습니다.</p> <p contents-hash="403a942d201dfdf6bc5f35e6fe59ce8b7744ff3388b5bb09942d4d934e0320b7" dmcf-pid="Q3QSnGB3ze" dmcf-ptype="general"> 암흑물질은 다른 힘과 거의 상호작용하지 않아서 존재를 간접적으로만 확인할 수 있습니다. 대표적으로 중력 렌즈 현상이 있습니다. 중력 렌즈 현상은 멀리 있는 은하의 빛이 질량을 가진 물질의 중력에 의해 휘어지는 현상을 의미합니다. 예를 들어 멀리 있는 별을 관찰하면 별 사이의 암흑물질 때문에 실제 위치와 다르게 보입니다.</p> <p contents-hash="6dd345814024aca995e51efb35a2f938dfbb7bdfa786e8052a9acd1f0e16e1a9" dmcf-pid="x0xvLHb0FR" dmcf-ptype="general"> 은하가 회전하는 속도도 암흑물질의 존재를 뒷받침합니다. 원래라면 중심에서 거리가 먼 별은 중력이 약해져 회전 속도가 느려져야 합니다. 하지만 중심과 가까이 있는 별과 멀리 떨어진 별의 회전 속도가 비슷했습니다. </p> <p contents-hash="73922e40bd8b2598028c018bafa9d6b134a5a50940d8c9af007874567dea1b96" dmcf-pid="yNyP1drNFM" dmcf-ptype="general"> 만유인력의 법칙에 따르면 중심에서 멀리 떨어진 별이 빠르게 돌려면 그만큼 큰 질량이 필요합니다. 물체의 질량과 중력이 비례하기 때문입니다. 눈에 보이는 보통 물질만으로는 그만큼의 질량이 나올 수 없어 과학자들은 보이지 않지만 질량이 있는 물질이 존재한다고 추측했습니다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="74ad27c0cc8c2894cd4298b4cfdb41d30a4715cfdbcc8dd3eee91405336466be" dmcf-pid="WDZdUghD3x" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="허블 우주망원경으로 관측한 암흑물질. NASA/STScI/A. Pagan 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080209757eygg.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="1riHAF4q3C" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/21/dongascience/20260321080209757eygg.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 허블 우주망원경으로 관측한 암흑물질. NASA/STScI/A. Pagan 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="8f77403e999f67382c75ae32831c8191c92b39ac04d9db6bb6ddbadad5848869" dmcf-pid="Yw5Jualw7Q" dmcf-ptype="general"><span>○ 암흑물질 우주 구조의 열쇠?</span></p> <p contents-hash="e30237142208cecbbb5f67b19d62247aaa7cfb2c3c0bb07ea815c89d024d7c17" dmcf-pid="Gr1i7NSrpP" dmcf-ptype="general"><strong>● 우주 구조를 만들다</strong></p> <p contents-hash="6f15fc9be8ae86448f976180bc9472eabdf3df17974a3933a05513a6467ca66b" dmcf-pid="Hmtnzjvmp6" dmcf-ptype="general"> 지난 1월 16일 영국 더럼대 등 공동 연구팀은 제임스 웹 우주망원경으로 관측한 암흑물질 지도를 네이처 천문학에 공개했습니다. 연구팀은 적도 근처에 있는 한 별자리를 255시간 동안 관측한 후 80만 개의 은하를 식별했습니다. 은하에서 오는 빛이 암흑물질의 중력에 의해 어떻게 휘어지는지를 분석해 암흑물질의 분포를 밝혀냈습니다.</p> <p contents-hash="7c81f3657ee9e6933183c082a84a8b2099054d7a7ab73dec09b4e76b97e7f829" dmcf-pid="XsFLqATsU8" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 “지금껏 발표된 암흑물질 지도 중 가장 선명하다”며 “은하 주변에 암흑물질이 늘 존재해 왔다는 것을 알 수 있다”고 밝혔습니다. 이 지도가 중요한 이유는 우주에 암흑물질이 단순히 존재하는 것을 넘어 지금의 우주가 만들어지는 데 중요한 역할을 했다는 것을 알려주기 때문입니다.</p> <p contents-hash="813de6b1ba5854c6cf636e0f55ac625d80b94dc7f4b7447c68ac71bd7161bcf5" dmcf-pid="ZO3oBcyOF4" dmcf-ptype="general"> 우주는 약 138억 년 전 빅뱅이라는 엄청난 폭발로 탄생했습니다. 과학자들은 이 시기에 암흑물질이 생겼을 것으로 추측하고 있습니다. 시간이 지나면서 우주의 온도가 낮아졌고 이에 따라 양성자나 중성자 등 원자를 구성하는 가장 기본적인 입자가 생겼습니다. 그리고 약 4억 년 후 별이 최초로 탄생했습니다. </p> <p contents-hash="b051d1f81b52086cf0cfdf56b182f012125c99d7be8de2afc52674553f9518ed" dmcf-pid="5I0gbkWI0f" dmcf-ptype="general"> 이후 암흑물질의 거대한 중력에 의해 가스나 먼지, 별들이 모여 은하가 만들어지게 됐습니다. 지구가 속해 있는 ‘우리은하’ 또한 이렇게 형성됐습니다. 은하가 수천 개 정도 모이면 거대한 은하 집단인 은하단이 만들어집니다.</p> <p contents-hash="eba27df8b6b73fd9631b217c390f3c766cd3104e809c8bd14af4fd20bef9ce3b" dmcf-pid="18cpOBd87V" dmcf-ptype="general"> 과학자들은 암흑물질의 정체에 대해 계속해서 연구하고 있습니다. 현재까지는 두 가지 입자가 암흑물질의 유력한 후보로 추측되고 있습니다. 바로 윔프와 액시온입니다.</p> <p contents-hash="34d42585afca85c8bea83495bf4ee6c3b5d3e268d8132f091a8105d0c2703614" dmcf-pid="t6kUIbJ6z2" dmcf-ptype="general"> 윔프는 약하게 상호작용을 하는 무거운 입자라는 뜻입니다. 윔프를 검출하기 위해 원자핵을 이용할 수 있습니다. 검출기 안의 원자핵과 윔프가 충돌할 때 발생하는 에너지를 측정하면 윔프의 존재를 예측할 수 있습니다. 예미랩에 있는 코사인-100U가 윔프 관측 실험의 대표적인 예입니다.</p> <p contents-hash="7825968ae0ad236ae761038f02d3b5d7a7c30f93edcc21cdebbe5d61125f72fc" dmcf-pid="FPEuCKiP39" dmcf-ptype="general"> 액시온은 아주 가볍고 전기적으로 중성을 띠는 입자입니다. 액시온은 강한 자기장 안에서 빛으로 변하는 특징이 있습니다. 액시온이 빛으로 바뀔 때 빛의 주파수를 측정하면 액시온의 에너지를 추측할 수 있습니다. IBS는 액시온을 찾기 위해 지구 자기장보다 약 10만 배 이상 강한 자기장을 사용하고 있습니다.</p> <p contents-hash="cd410105e9c0528f63ede9d574b49ad31915416cde812148dc3bbadfc03303ac" dmcf-pid="3QD7h9nQpK" dmcf-ptype="general"> 소중호 연구원은 “윔프와 액시온의 에너지를 측정하면 이들의 질량을 간접적으로 알 수 있다”며 “암흑물질의 정체를 밝히는 데 한 걸음 더 나아갈 수 있는 것”이라고 말했습니다. 이어 “아직 암흑물질의 명확한 신호는 찾지 못했지만 계속해서 연구할 예정”이라고 덧붙였습니다.</p> <p contents-hash="cd76182069cebcd2494b75007b59d7bc05b866eaca8e68f4f0881027e0a249ee" dmcf-pid="0xwzl2Lxzb" dmcf-ptype="general"><strong>※ 관련기사</strong><br> 어린이과학동아 3월 15일, <strong>우주 속 숨바꼭질…암흑물질을 찾아라!</strong></p> <p contents-hash="2981f8568e767419843846d15e376d83bcbf057b4b8476eda0d5c7851d54bfd6" dmcf-pid="pMrqSVoMUB" dmcf-ptype="general">[박연정 기자 yjyj0829@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 [이지 사이언스] 곰팡이가 비를 만든다?…물 얼리는 곰팡이 단백질 규명 03-21 다음 정부 사업부터 공공운수 협력까지… 싱가포르서 광폭 영업한 스타트업은? 03-21 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
