은하 사이 희미한 별빛으로 '암흑물질' 추적…우주 진화 비밀 풀 단서 확보

한국천문연구원은 은하단 내 은하 사이를 떠도는 아주 희미한 별빛인 '은하단내광'의 분포가 우주 물질의 85%를 차지하는 암흑물질의 분포를 가스나 별, 은하보다 더 잘 따라간다는 사실을 확인했다고 오늘(15일) 밝혔습니다. 이번 연구는 스스로 빛을 내거나 반사하지 않아 직접 관측이 불가능했던 암흑물질의 물리적 성질을 구별할 수 있는 핵심 관측 수단을 제시했다는 평가를 받고 있습니다.

유재원 은하진화연구센터 선임연구원 연구팀은 영국과 유럽 연구진의 'C-이글 프로젝트' 시뮬레이션 데이터를 활용해 서로 다른 암흑물질 이론을 적용한 일종의 '쌍둥이 우주' 가상 실험을 진행했습니다. 동일한 초기 조건에서 입자 간 충돌이 거의 없는 '차가운 암흑물질' 모형과 입자 간 상호작용을 허용하는 '자기상호작용 암흑물질' 모형을 각각 대입한 뒤, 은하단 2개가 약 130억 년 동안 형성되고 진화하는 과정을 추적했습니다.

분석 결과, 은하들이 스쳐 지나가거나 충돌할 때 튕겨 나와 우주 공간을 떠도는 은하단내광이 암흑물질의 실제 공간 분포를 가장 정밀하게 반영하는 것으로 나타났습니다. 특히 어떤 암흑물질 모형을 적용했느냐에 따라 은하단내광과 암흑물질 분포가 일치하는 양상에 뚜렷한 형태적 차이가 발생하는 것으로 확인됐습니다.

연구팀은 표면밝기 30등급 안팎의 은하단내광을 정밀하게 관측하면 실제 우주에서 암흑물질의 성질과 모형의 진위를 가려낼 수 있을 것이라고 설명했습니다. 이는 기존의 중력렌즈 효과 분석이나 입자 검출 방식에 더해, 서로 다른 방식을 독립적으로 교차 검증할 수 있는 새로운 관측 축을 제공할 것으로 기대됩니다.

천문연은 밝기 가 극도로 어두운 초극미광 천체를 포착하기 위해 독자 기술로 개발한 'K-DRIFT' 망원경 관측과 함께, 대규모 우주 시뮬레이션 및 이론 연구를 연계한 후속 연구를 본격적으로 추진할 방침이라고 전했습니다.