중력은 질량 없이도 존재할 수 있고 암흑 물질은 신화일 수도 있다고 연구 결과 밝혀
일반 상대성 이론에 따르면, 은하계는 중력에 의해 유지되기 위해 일정량의 질량을 가져야 합니다. 그러나 과학자들은 우주의 많은 은하계에서 충분한 가시적 질량을 보지 못하지만, 중력은 그러한 은하계를 그대로 유지합니다. 이게 어떻게 가능한 걸까요?
여기서 암흑 물질의 개념이 작용합니다. 과학자들은 은하가 빛과 상호 작용하지 않는 물질의 형태로 보이지 않는 질량을 가지고 있다고 믿습니다. 이 은하를 붙잡고 있는 중력은 이 보이지 않는 질량 때문에 존재합니다.
수십 년 동안 이 설명은 가상의 암흑 물질의 존재를 뒷받침해 왔습니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 중력은 질량 없이도 존재할 수 있으며, 잠재적으로 암흑 물질의 필요성을 완전히 없앨 수 있습니다.
앨라배마 헌츠빌 대학(UAH)의 저명한 물리학 및 천문학 교수이자 연구 저자인 리처드 리우는 "이 독특한 이론은 직접적인 증거가 1세기 동안 전혀 없었음에도 불구하고 암흑 물질의 존재라는 개념, 즉 현상 유지에 대한 좌절감에서 비롯된 것입니다." 라고 말했습니다 .
위상적 결함은 또한 중력을 발생시킬 수 있습니다.
리우에 따르면, 일부 은하 또는 은하계 성단을 함께 유지하는 데 필요한 중력은 "껍질 모양의 위상적 결함"에서 나올 수 있습니다.
위상적 결함은 물질 밀도가 높은 공간 내의 독특한 밀집 구조입니다.
이런 결함은 아마도 우주의 초기, 상전이 중에 처음 발생했을 것입니다. 상전이는 우주의 모든 물질이 중대한 물리적 변화를 겪는 현상입니다.
이러한 결함은 우주의 끈이라 불리는 길고 선형적인 형태로 나타날 수도 있고, 납작하고 조개와 같은 모양으로 나타날 수도 있습니다.
"제 논문의 껍질은 양의 질량을 지닌 얇은 내부 층과 음의 질량을 지닌 얇은 외부 층으로 구성되어 있습니다. 두 층의 총 질량은(질량 면에서 측정할 수 있는 전부) 정확히 0이지만 별이 이 껍질 위에 있을 때는 껍질 중앙으로 끌어당기는 큰 중력을 받습니다."라고 Lieu는 설명했습니다.
이는 질량이 없는 광자가 거대한 천체적 존재로 인해 여전히 중력을 경험하는 방식과 다소 유사합니다. 이는 중력이 공간과 시간을 휘게 할 때 질량이 있든 없든 곡률 내의 모든 것과 상호 작용하기 때문입니다.
암흑 물질의 환상
빛이 거대한 천체를 통과할 때, 직진하는 대신 시공간 곡률을 따라 이동하면서 휘어집니다. 이 현상을 중력 굽힘이라고 하며, 또한 일반 상대성 이론에서 설명한 대로 질량의 존재와 물체에 대한 중력의 영향에 대한 간접적인 증거 역할을 합니다.
지금까지 은하나 은하단에서 중력적 휘어짐이 관찰되었지만 눈에 보이는 질량이 없는 경우, 과학자들은 단순히 눈에 보이지 않는 암흑 물질이 휘어짐을 일으켰다고 가정해 왔습니다.
그러나 리우에 따르면, 질량이 보이지 않는 은하와 성단은 일련의 껍질과 같은 위상적 결함을 구성한다는 것입니다. 빛이 각 껍질을 통과할 때, 이러한 구조의 중심을 향해 약간 안쪽으로 당겨집니다.
빛이 여러 개의 껍질을 통과할 때 결합된 효과로 인해 눈에 띄는 굽음이 생기는데, 이는 많은 양의 암흑 물질이 있을 때의 효과와 비슷해 보입니다. 이는 궤도에 있는 별의 속도가 암흑 물질에 의해 영향을 받는 것과 같습니다.
그러나 현재 연구에 따르면 암흑 물질은 존재하지 않으며 중력 굽힘은 순전히 위상적 결함으로 인한 결과입니다.
리우는 "현재 우주에서 어떤 정확한 형태의 상전이가 이런 종류의 위상적 결함을 일으킬 수 있는지는 불분명하다"고 말했습니다.
또한 그는 "현재 이론은 그 자체로 암흑 물질 가설을 불신하기에 충분하지 않습니다. 기껏해야 흥미로운 수학적 연습일 수는 있겠지만, 중력이 질량 없이도 존재할 수 있다는 것을 증명한 최초의 증거"라고 덧붙였습니다.
이 연구는 왕립 천문학회 월간지에 게재되었습니다.
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