아인슈타인 고리에 대한 새로운 연구에 따르면 암흑 물질은 입자가 아니라 파동처럼 행동합니다.

물리학자들은 우주에 있는 대부분의 물질이 우리가 볼 수 있는 별과 은하에 미치는 간접적인 영향을 통해서만 알 수 있는 보이지 않는 물질로 구성되어 있다고 믿습니다.

우리는 제정신이 아닙니다! 이 “암흑 물질”이 없다면 우리가 보는 우주는 의미가 없을 것입니다.

그러나 암흑 물질의 본질은 고대의 미스터리입니다. 하지만, 새로운 연구 홍콩 대학교(University of Hong Kong)의 Alfred Amroth와 동료들이 저술했으며, 자연 천문학 그것은 빛의 중력 굽힘을 사용하여 이해에 한 걸음 더 다가갑니다.

보이지 않지만 어디에나 존재하는

우리가 암흑 물질이 존재한다고 생각하는 이유는 은하의 거동에 미치는 중력 효과를 볼 수 있기 때문입니다. 구체적으로 암흑 물질은 우주 질량의 약 85%를 차지하는 것으로 보이며 우리가 볼 수 있는 먼 은하의 대부분은 신비한 물질의 후광으로 둘러싸여 있는 것으로 보입니다.

그러나 빛을 방출하거나 흡수하거나 반사하지 않아 감지하기가 매우 어렵기 때문에 암흑 물질이라고 합니다.

그래서 이것들은 무엇입니까? 우리는 그것이 알려지지 않은 기본 입자의 일종임에 틀림없다고 생각하지만 아직 확실하지 않습니다. 실험실 실험에서 암흑 물질 입자를 탐지하려는 모든 시도는 지금까지 실패했으며 물리학자들은 수십 년 동안 그 성질에 대해 토론해 왔습니다.

과학자들은 암흑 물질에 대한 두 가지 주요 가상 후보를 제안했습니다. 약하게 상호 작용하는 무거운 입자(또는 WIMP)라고 하는 상대적으로 무거운 특성과 액시온이라고 하는 매우 가벼운 입자입니다.

이론적으로 WIMP는 개별 입자처럼 행동하는 반면, 액시온은 양자 간섭으로 인해 파동처럼 행동합니다.

이 두 가지 가능성을 구별하는 것은 어려웠지만 멀리 떨어진 은하계를 약간 우회하는 것이 단서를 제공했습니다.

중력 렌즈와 아인슈타인 고리

빛이 은하와 같은 무거운 물체에 의해 우주를 통과할 때 빛의 경로는 구부러집니다. 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 무거운 물체의 중력이 주변의 시공간을 왜곡하기 때문입니다.

그 결과 때때로 멀리 떨어진 은하를 볼 때 그 뒤에 있는 다른 은하의 왜곡된 이미지를 볼 수 있습니다. 그리고 사물이 완벽하게 정렬되면 배경 은하의 빛이 가장 가까운 은하 주위를 돌 것입니다.

이러한 빛의 왜곡을 “중력 렌즈 효과”라고 ​​하며 생성할 수 있는 원을 “아인슈타인 루프”라고 합니다.

고리 또는 기타 렌즈 이미지가 어떻게 왜곡되는지 연구함으로써 천문학자들은 가장 가까운 은하를 둘러싼 암흑 물질의 후광 특성에 대해 배울 수 있습니다.

Accion 대 ​​WIMP

이것이 바로 Amroth와 그의 팀이 새로운 연구에서 한 일입니다. 그들은 HS 0810+2554라는 시스템에 특히 초점을 맞춰 전경 렌즈 은하 주변의 배경에 동일한 물체의 여러 복사본이 보이는 여러 시스템을 조사했습니다.

그들은 상세한 모델링을 사용하여 암흑 물질이 WIMP로 구성된 경우 이미지가 어떻게 왜곡되는지와 암흑 물질이 액시온으로 구성된 경우 어떻게 왜곡되는지 알아냈습니다. WIMP 모델은 실제와 많이 닮지 않았지만 액시온 모델은 시스템의 모든 기능을 정확하게 재현했습니다.

이 발견은 액시온이 암흑 물질의 후보일 가능성이 더 높으며 수정체 이상 및 기타 천체 물리학적 관찰을 설명하는 능력이 과학자들을 짜증나게 한다는 것을 나타냅니다.

입자와 은하

새로운 연구는 액시온이 암흑물질의 가장 가능성이 높은 형태라고 지적한 이전 연구를 기반으로 합니다.

예를 들어, 한 연구 우주 마이크로파 배경에 대한 액시온 암흑 물질의 영향을 조사하는 동안 마지막 왜소 은하에서 암흑 물질의 행동을 조사합니다.

이 연구가 암흑 물질의 본질에 대한 과학적 논쟁을 끝내지는 못하겠지만 테스트와 실험을 위한 새로운 길을 열었습니다. 예를 들어, 미래의 중력렌즈 관측은 축색돌기의 물결과 같은 특성을 조사하고 질량을 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

암흑 물질에 대한 더 나은 이해는 우리가 입자 물리학과 초기 우주에 대해 알고 있는 것에 영향을 미칠 것입니다. 또한 시간이 지남에 따라 은하가 어떻게 형성되고 변화하는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

로사나 루기에리우주론 연구원, 퀸즐랜드 대학교

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