팟캐스트 '과학이 빛나는 밤에' 3화

과빛밤 3화 : 우주의 탄생 3편 - 별 탄생의 신비와 암흑물질

별은 물질들이 모여 만들어진다. 하지만 빅뱅 이후 우주는 계속 팽창하고 있고, 물질들 간의 거리는 점점 더 멀어지고 있다. 여기서 ‘중력’이라는 상호작용이 멀어지는 물질을 서로 모아주는 역할을 한다.

중력은 끌어당기고 밀어내는 전자기력과는 달리, 끌어당기는 한 가지 힘만 존재한다. 그리고 다른 힘에 비해 매우 약하다. 하지만 끌어당기는 힘만 존재한다는 점은, 거꾸로 생각해보면 굉장히 강력한 힘을 낼 수 있다는 얘기다. 작은 눈덩이가 굴러가다가 큰 눈사태를 일으키듯, 극단적으로는 블랙홀이 될 수 있을 만큼 강력해질 수 있다. 중력은 약하면서도 강한 힘이다. 때문에 우주가 팽창하는 힘과 중력 사이 간 힘의 균형이 잘 맞는 게 굉장히 중요하다. 힘의 균형이 맞아야지만 별이 만들어질 수 있고, 우주가 무질서해지지 않는다.

1900년대 츠비키라는 과학자가 은하단을 관찰하다 은하들끼리의 거리가 굉장히 멀고, 은하단이 매우 빠르게 회전함에도 불구하고 은하들끼리 흩어지지 않음을 발견했다. 사실 위의 조건대로라면 은하들 사이의 중력은 약하기 때문에 원심력에 의해 은하들이 모두 튕겨나가야 하는 게 정상이다. 무엇이 은하들을 묶어주는 힘인지 끝내 알아내지 못한 과학자들은 결국 '우주에 ‘암흑물질’이라는 것이 존재해 본래 물질들 간의 중력에 더 큰 중력을 보태준다’라는 결론을 내리게 됐다.

힘이 약하기 때문에 보통의 중력으로만 별을 형성하는 것은 불가능하다. 다른 물질이 만들어내는 중력이 존재해야 물질들끼리 모여 덩어리를 제대로 형성할 수 있다. 때문에 과학자들은 관찰되지 않았지만 필수불가결한 ‘암흑물질’의 존재를 인정할 수밖에 없게 됐다. 여기서 암흑물질은 전자기력과 같은 다른 힘은 갖고 있지 않으며 오직 중력만을 행사한다.

지금도 수십억 개의 암흑물질은 우리를 통과해 지나가지만, 우리가 볼 수 있는 우주는 전체의 4%에 불과하고, 그 외는 전부 암흑물질, 암흑에너지라는 이름이 붙여진 채로 보이지도, 알 수도 없다. 하지만 암흑물질은 별과 은하를 만들고, 우주를 유지시키기에 절대적으로 중요하다. 뉴트리노의 발견으로 우주와 인간의 관계에 대해 엄청난 깨달음을 얻었던 것처럼 암흑물질의 비밀을 풀어낸다면 우리는 우주에 대해 어떤 앎을 얻고, 세상을 바라보는 눈이 얼마나 달라질까? 이것이 진정 인간이 우주를 탐구하려는 이유라고 생각한다. 깜깜한 미지의 세계를 알아감으로써 세상과 인간을 이해하는 것. 때문에 결코 알 수 없는 영역이라 해도 천천히 접근해나가는 게 매우 의미있어 보이고, 인간으로서 당연한 일을 하고 있는 것 같다.

by Audrey