2-3. 암흑 물질의 증거 — 은하 회전 곡선의 비밀

Evidence for Dark Matter — The Mystery of Galaxy Rotation Curves

지금까지의 이야기: 우리는 우리 은하의 구조(2-1절)를 살펴보고, 우주에 존재하는 다양한 은하의 종류(2-2절)를 분류해 보았다. 나선 은하, 타원 은하, 렌즈형 은하, 불규칙 은하 — 별 수천억 개가 모인 이 거대한 구조들이 각각의 개성을 갖고 우주 곳곳에 흩어져 있다. 그런데 이 은하들을 정밀하게 관측하면, 우리가 보는 것만으로는 설명할 수 없는 기이한 현상이 나타난다. 이 절에서 다룰 이야기는 현대 천문학 최대의 수수께끼 중 하나이며, 그 수수께끼는 놀랍도록 단순한 관측에서 출발한다 — 바로, 은하가 돌아가는 속도를 재는 것이다.

은하가 너무 빨리 돌고 있다

1970년대, 미국의 천문학자 베라 루빈(Vera Rubin)은 나선 은하의 별들이 은하 중심을 얼마나 빠르게 공전하는지를 체계적으로 측정하고 있었다. 당시 대부분의 천문학자들은 이 연구가 크게 놀라운 결과를 가져오리라고 기대하지 않았다. 뉴턴의 중력 법칙은 수백 년간 검증된 물리학이었고, 은하의 회전도 당연히 뉴턴 법칙에 따라 깔끔하게 설명될 것이라 여겼다.

그런데 루빈이 얻은 결과는 물리학의 역사를 바꿀 만큼 충격적이었다.

은하 바깥쪽의 별들이 기대보다 훨씬 빠르게 돌고 있었던 것이다.

이것이 왜 충격적인지 이해하려면, 먼저 "기대"가 무엇이었는지를 알아야 한다. 그리고 그 기대는 사실 여러분이 이미 잘 아는 물리학에서 나온다.