우주 질량의 대부분을 구성하는 보이지 않는 물질인 암흑 물질이 원자로 조립될 수 있다는 새로운 시뮬레이션이 나타났습니다. 이 "어두운 원자"는 은하계의 진화와 별의 형성을 근본적으로 변화시켜 천문학자들에게 이 신비한 물질을 이해할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다.
암흑 물질은 우주의 모든 은하와 은하단 질량의 80% 이상을 차지합니다. 우리의 모든 관찰은 암흑 물질이 일반 물질이나 심지어 빛과도 상호 작용하지 않는 새로운 종류의 입자라는 것을 나타냅니다. 우리는 다른 모든 것과의 중력적 상호 작용을 통해서만 암흑 물질을 식별할 수 있습니다. 암흑 물질이 무엇이든 그것은 물리학에 대한 우리의 현대적 이해를 초월합니다. 그러나 그것은 여전히 질량을 가지고 있으므로 중력을 가지고 있습니다.
우리는 아직 암흑 물질이 단순한지 복잡한지 모릅니다. 우주를 지배하고 자신과도 거의 상호 작용하지 않는 한 가지 유형의 입자로만 구성될 수 있습니다. 또는 그것은 우리가 일반 물질에서 볼 수 있는 것과 동일한 풍부한 다양성을 가진 여러 유형의 입자로 구성될 수 있습니다. 게다가 우리는 중력, 전자기, 강한 핵 상호작용, 약한 핵 상호작용이라는 자연의 네 가지 근본적인 힘만을 알고 있습니다. 그러나 암흑 물질 입자 사이에서만 작용하고 정상 물질에는 전혀 영향을 미치지 않는 추가적인 힘이 있을 수 있습니다.
추가 암흑 물질 입자와 암흑 세력의 개념은 생각만큼 터무니없는 것이 아닙니다. 물리학에 대한 우리의 이해는 입자 사이의 깊은 수학적 관계인 대칭을 기반으로 합니다. 자연법칙에는 암흑 물질을 일반 물질에 대응시키는 추가적인 대칭이 있을 수 있으며, 일반 물질이 관여할 수 있는 모든 종류의 상호 작용에 대해 암흑 구역에 대응하는 것이 있을 수 있습니다.
예를 들어, 일반적인 물질에서 간단한 원자를 만들 수 있습니다. 상호 작용을 매개하는 전자기력의 운반체 인 광자와 함께 서로 연결된 양성자와 전자입니다. 우리는 또한 암흑 광자(암흑 원자)에 의해 암흑 전자에 결합된 암흑 양성자를 갖는 동일한 암흑 물질 구조의 버전을 가질 수 있습니다.
원자 암흑 물질은 단 하나의 입자로 구성된 암흑 물질과는 매우 다르게 행동할 것입니다. 가장 중요한 것은 단순한 암흑 물질이 뭉치는 것이 매우 어려울 것이며 수억 년에 걸쳐 천천히 뭉칠 것이라는 점입니다. 일반 물질은 이 부드러운 암흑 물질 덩어리에 모여 은하를 형성하지만, 그렇지 않으면 별개의 삶을 영위합니다. 그러나 원자 암흑 물질은 눈에 보이는 은하의 크기와 위치를 모방한 디스크와 같은 구조인 그림자 은하를 형성할 수 있습니다.
천체 물리학자 팀은 이 흥미로운 가능성을 사용하여 은하의 진화를 모델링하고 관찰된 차이점이 발생할 수 있는지 확인했습니다. 그들은 원자 암흑 물질이 자체의 힘에 따라 진화하도록 허용한 다음 이러한 새로운 구조가 새로운 중력 조직을 통해 보이는 은하에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 그들은 월에 온라인 사전 인쇄 데이터베이스에 결과를 게시했습니다. arXiv.
연구원들은 소량의 원자 암흑 물질(나머지를 포함하지 않고 우주의 모든 암흑 물질의 6%)만으로도 은하계의 진화를 근본적으로 변화시키기에 충분하다는 것을 발견했습니다. 원자 암흑 물질은 상호 작용할 수 있기 때문에 쉽게 응축되어 어떤 형태의 암흑 복사 방출을 통해 에너지를 잃습니다. 시뮬레이션 결과 각 은하 내부에 "어두운 원반"이 빠르게 나타나며, 그 회전은 눈에 보이는 정상적인 구성 요소의 회전과 거의 일치합니다.
거기에서 일반 가스가 구름으로 응축되어 결국 별이 되는 것처럼 원자 암흑 물질은 계속 응축됩니다. 시뮬레이션에서 원자 암흑 물질은 자체적으로 어두운 별을 형성했으며 자체 블랙홀을 형성할 수도 있습니다. 이 덩어리는 밀도가 증가한 은하 코어로 가라 앉았습니다.
이 여분의 중력으로 인해 은하 중심에서 별 형성이 가속화되어 단순한 암흑 물질을 가진 은하보다 훨씬 빠르게 별을 형성합니다. 이 시뮬레이션은 실제로 원자 암흑 물질의 일부 모델을 배제했습니다. 그 모델로 인해 은하계에서 새로운 별 형성 물질이 너무 빨리 고갈되기 때문입니다.
그러나 일부 모델은 현재 관측 한계에서 살아남아 원자 암흑 물질의 존재 가능성을 더 높였습니다. 연구원들은 추가 이론 및 실험 연구가 이 흥미로운 형태의 이국적인 물질의 타당성을 밝힐 수 있기를 희망합니다. 예를 들어, 원자 암흑 물질은 매우 효율적으로 응축되기 때문에 로마에 있는 NASA의 Nancy Grace 우주 망원경을 사용하여 미래의 중력 미세 렌즈 연구를 통해 조밀한 별 모양의 덩어리를 감지할 수 있습니다.
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