출판함 2024년 9월 1일
새로운 “반사” 우주론 연구에 따르면, 블랙홀과 암흑 물질의 비밀은 빅뱅 이전에도 존재할 수 있다고 합니다.
빅뱅과 고대 블랙홀에서 생성된 방사선을 포함한 초기 우주의 다양한 측면을 보여주는 그림 (출처: ESA)
우주가 수축과 팽창의 단계 사이를 “반복”할 수 있다는 우주론에 따르면, 빅뱅 은 우주의 시작이 아닐 수도 있습니다. 만약 이 이론이 사실이라면, 우주의 본질, 특히 가장 신비로운 두 요소인 블랙홀과 암흑 물질을 포함한 우주의 본질에 심오한 의미를 지닐 수 있습니다.
이러한 점을 염두에 두고, 최근 연구에 따르면 암흑 물질은 빅뱅 이전에 우주의 마지막 수축 단계에서 현재의 팽창 단계로 전환되는 과정에서 형성된 블랙홀 로 구성될 수 있다고 합니다. 만약 이 가설이 사실이라면, 블랙홀 형성 과정에서 생성된 중력파는 미래의 중력파 관측소에서 검출될 수 있을 것이며, 이는 암흑 물질 생성 시나리오를 확인할 수 있는 단서를 제공할 것입니다.
은하 내 별의 움직임과 빅뱅의 잔광인 우주 마이크로파 배경 복사를 관측한 결과, 우주 전체 물질의 약 80%가 빛을 반사, 흡수, 방출하지 않는 암흑 물질로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 암흑 물질은 매우 풍부하지만, 과학자들은 아직 암흑 물질의 구성 성분을 밝혀내지 못했습니다.당신은 좋아할 수도 있습니다
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새로운 연구에서 연구진은 암흑 물질이 우주의 마지막 수축 단계, 즉 현재 우리가 관측하는 팽창기 바로 직전에 발생한 밀도 변동으로 형성된 원시 블랙홀로 구성되어 있다는 시나리오를 탐구했습니다. 연구 결과는 6월 Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 에 게재되었습니다 .
튀는 우주
전통적인 우주론적 관점은 우주가 특이점에서 시작하여 인플레이션이라고 불리는 짧은 기간 동안 극도로 빠른 팽창을 겪었다고 주장합니다. 그러나 이번 연구의 저자들은 비특이 물질 반동 우주론이라는 더욱 특이한 이론을 분석했습니다. 이 이론은 우주가 먼저 수축 단계를 거쳤다고 가정합니다. 이 수축 단계는 물질 밀도 증가로 인한 반동으로 끝났고, 이것이 빅뱅과 오늘날 우리가 관찰하는 가속 팽창으로 이어졌습니다.
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이 반동 우주론에서 우주는 현재보다 약 50배 작은 크기로 수축했습니다. 반동 후 광자와 다른 입자들이 생성되면서 빅뱅이 시작되었습니다. 반동 직전에는 물질 밀도가 매우 높아 물질 밀도의 양자 요동으로 작은 블랙홀이 형성되었고, 이는 암흑 물질의 유력한 후보가 되었습니다.지금 Live Science 일간 뉴스레터에 가입하세요
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“작은 원시 블랙홀은 우주의 아주 초기 단계에서 생성될 수 있으며, 너무 작지 않다면 호킹 복사(양자 효과로 인해 블랙홀이 입자를 방출하는 가상 현상)로 인한 붕괴가 이들을 제거할 만큼 효율적이지 않을 것이므로, 지금도 여전히 존재할 것입니다.” 이 연구에 참여하지 않은 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)의 연구 책임자 인 패트릭 피터는 Live Science에 보낸 이메일에서 이렇게 말했습니다. “소행성 질량과 비슷하거나 그보다 약간 더 무거운 이 블랙홀은 암흑 물질 생성에 기여할 수도 있고, 심지어 이 문제를 완전히 해결할 수도 있습니다.”관련 기사
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과학자들의 계산에 따르면 이 우주 모드의 속성(공간의 곡률과 마이크로파 배경 복사 등)이 현재 관찰 결과와 일치하여 그들의 가설을 뒷받침합니다.
연구진은 예측을 더욱 검증하기 위해 차세대 중력파 관측소를 활용하고자 합니다. 과학자들은 블랙홀 형성 과정에서 생성되는 중력파 의 특성을 모델로 계산한 결과, 레이저 간섭계 우주 안테나(LISA )나 아인슈타인 망원경 과 같은 향후 중력파 관측소에서 이 중력파를 검출할 수 있음을 발견했습니다 . 이러한 검출을 통해 원시 블랙홀이 실제로 암흑 물질인지 확인할 수 있겠지만, 두 관측소 모두 최초의 빛을 관측하기까지는 10년 이상이 걸릴 수 있습니다.
피터는 “이 연구는 작지만 여전히 존재하는 블랙홀을 형성하는 자연스러운 방법을 제시한다는 점에서 중요합니다. 이 블랙홀은 인플레이션에 기반한 일반적인 틀이 아닌, 암흑 물질을 형성하는 틀입니다.”라고 말했습니다. “현재 다른 연구들도 별 주위에서 이러한 작은 블랙홀의 움직임을 연구하고 있으며, 이는 향후 블랙홀을 감지하는 방법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.”
