암흑 물질은 수십 년 동안 천문학에서 가장 유명한 관심병자였다. 보이지 않고, 만질 수 없지만, 은하를 우주 접착제처럼 붙잡고 있는 책임자다. 표준 '차가운 암흑 물질' 모델은 꽤 잘 작동했지만, 망원경이 좋아지면서 어색한 불일치들이 발견되기 시작했다. 왜소 은하는 놀랍도록 성긴 암흑 물질 중심을 가진 반면, 다른 관측에서는 예상치 못하게 조밀한 암흑 물질 덩어리가 나타났다. 이 두 문제는 마치 GPS가 동시에 북쪽과 남쪽으로 가라고 지시하는 것처럼 반대 방향을 가리키는 듯했다.

중국과학원 자금산천문대의 물리학자들은 새로운 제안을 내놓았다: 아마 암흑 물질은 단일 입자 종류가 아닐 수도 있다는 것이다. 그들의 '두 성분 자기 상호작용 암흑 물질' 모델은 적어도 두 종류의 암흑 물질 입자(하나는 더 무겁고, 하나는 더 가벼운)가 중력뿐만 아니라 직접 충돌할 수 있다고 가정한다. 이는 '질량 분리'로 이어진다: 무거운 입자는 은하 중심으로 표류하고 가벼운 입자는 바깥쪽으로 떠돌아다니며, 마치 성단에서 별들이 천천히 이동하는 것과 같다.

고해상도 컴퓨터 시뮬레이션과 상세한 이론 모델링을 사용하여, 연구팀은 이 과정이 왜소 은하의 낮은 밀도 핵과 강한 중력 렌즈를 일으키는 조밀한 덩어리를 자연스럽게 설명한다는 것을 발견했다. 이 모델은 또한 소규모 중력 렌즈 현상의 가능성을 높여, 천문학자들이 전통적인 모델이 예측하는 것보다 더 많은 렌즈 현상을 관측하는 이유를 설명하는 데 도움을 준다. 즉, 암흑 물질은 우리가 생각했던 것보다 더 복잡할 수 있지만, 마침내 지저분한 관측 결과들이 맞아떨어지게 만드는 방식이라는 것이다.

《Science Bulletin》에 발표된 이 연구는 Daneng Yang, Yi-Zhong Fan, Siyuan Hou, Yue-Lin Sming Tsai가 《Physical Review D》에 발표한 이전 연구를 따른다. 자금산천문대는 또한 DAMPE(오공) 위성을 통한 암흑 물질 탐지에도 참여하고 있어, 단순히 이론을 세우는 것에 그치지 않고 실제로 사냥하고 있다.

자료 제공: Science China Press.