암흑물질 거의 없는 은하 첫 발견… 우주론 뒤집을까

美-獨 공동연구팀, 네이처 발표 “암흑물질 예상보다 400배 적어”

‘NGC 1052-DF2’가 속한 NGC 1052 은하 그룹. NGC 1052-DF2는 암흑물질이 다른 은하에 비해 부족한 반면 은하를 구성하는 성단의 크기는 2배 큰 이례적인 은하다. 미국항공우주국 제공

우리가 아는 물질은 전체 우주의 4%에 불과하다. 나머지 96%는 눈에 보이지 않는 암흑물질과 암흑에너지로 이뤄져 있다. 보통 은하들은 별, 가스 등 물질보다 암흑물질이 평균 30배 많다. 은하의 질량이 더 커지거나 작아지면 암흑물질의 비중은 더 높아진다. 그런데 최근 암흑물질이 거의 없는 은하가 처음 발견됐다.

파이터 도쿰 미국 예일대 교수팀은 독일 막스플랑크천문학연구소, 미국 캘리포니아대 천문대 등과 함께 태양계에서 6500만 광년 떨어진 은하 ‘NGC 1052-DF2’에 암흑물질이 예상보다 400배 적은 것으로 나타났다고 국제학술지 ‘네이처’ 29일자에 발표했다.

아직 실체가 밝혀지지 않은 암흑물질은 은하의 빠른 회전속도나 충돌 등 물질의 질량만으로는 설명되지 않는 현상을 설명하기 위해 도입된 개념이다. 즉, 은하의 운동은 물질(별)과 ‘질량이 있지만 관측되지 않는 물질(암흑물질)’의 질량을 더한 총 질량으로만 설명이 가능했다. 도쿰 교수는 “그동안 학계에서는 대부분 암흑물질에 의해 별이 만들어지고 은하가 탄생했다고 믿어 왔다”고 설명했다.

물질의 질량이 태양의 2억 배인 NGC 1052-DF2는 ‘초분산 은하(UDG)’로 분류됐다. UDG는 큰 부피에 비해 빛이 희미한 은하로, 암흑물질이 물질보다 보통 수백 배 많다. 그러나 은하를 구성하는 천체 10개의 시선속도를 분석한 결과, 이 은하의 총 질량은 태양의 3억4000만 배 이하로 나타났다. 암흑물질이 물질보다 오히려 더 적다는 뜻이다. 오세헌 한국천문연구원 선임연구원은 “이 은하는 부족한 암흑물질로 많은 별(물질)을 생성하는 셈이 된다”며 “은하가 질량 대비 얼마나 많은 별을 생성하는지는 은하의 탄생과 진화를 연구하는 학계의 최대 관심사”라고 설명했다.

다만 오 연구원은 “은하의 회전속도가 아닌 내부 천체의 시선속도로 총 질량을 추산한 것은 간접적인 방법이기 때문에 연구 결과의 신뢰를 높일 후속 연구가 필요해 보인다”고 덧붙였다.
　
송경은 동아사이언스 기자 kyungeun@donga.com