암흑물질로 구성된 별을 발견?

by CharlVera / https://pixabay.com/ja/illustrations/%e3%83%90%e3%83%83%e3%82%af%e3%82%b0%e3%83%a9%e3%82%a6%e3%83%b3%e3%83%89-%e3%82%b9%e3%83%9a%e3%83%bc%e3%82%b9-%e5%ae%87%e5%ae%99-3883181/

암흑물질은 우주의 질량의 80%를 차지하고 있는 수수께끼의 물질로, 그 정체를 포함하여 모든 것이 수수께끼에 싸여 있습니다. 최근 이전에 관측된 블랙홀로 취급되던 천체가 실은 암흑물질의 후보물질로 구성된 별일 가능성을 제기한 논문이 발표되었습니다.

Strange star system may hold first evidence of an ultra-rare 'dark matter star | Live Science
https://www.livescience.com/space/black-holes/strange-star-system-may-hold-first-evidence-of-an-ultra-rare-dark-matter-star

Strange star system may hold first evidence of an ultra-rare 'dark matter star'

This Star Might be Orbiting a Strange "Boson Star" - Universe Today
https://www.universetoday.com/161290/this-star-might-be-orbiting-a-strange-boson-star/

This Star Might be Orbiting a Strange "Boson Star"

해당 별은 유럽우주기관(ESA)의 가이아 위성이 관측한 특이한 별계에 위치해 있습니다. 이 별계에 있는 항성은 무게가 태양보다 조금 가벼운 0.93 태양 질량으로 구성물질도 태양과 거의 같은 전형적인 G형 왜성입니다.

그러나 이 별에는 질량이 약 10배나 되는 수수께끼의 반성이 있습니다. 항성과 반성 사이의 거리는 태양과 화성 정도인 1.4 천문단위로 188일마다 공전하고 있습니다. 대부분의 천문학자는 수수께끼의 반성이 전혀 방사선을 발하지 않는 암흑의 별이라는 점에서 그 천체의 정체는 블랙홀이라고 추정하고 있으며, 이 별계는 블랙홀 주위를 항성이 주회하는 단순 사례가 될 것이라는 견해가 대부분입니다.

그러나 이 가설에는 괴상한 점이 있습니다. 블랙홀은 거대한 별이 죽어야 하므로 문제의 별계를 만들려면 태양과 같은 별과 그보다 더 거대한 별이 동시에 탄생해야 한다는 점입니다. 이론적으로 가능하지만 그러한 천체들이 수백만 년에 걸쳐 가까운 거리에서 궤도를 계속 유지한다는 시나리오를 실현시키기 위해서는 탁월한 미조정 필요하기 때문에 다른 가능성을 고려해야 한다고 보았습니다.

AdisResic / https://pixabay.com/ja/illustrations/%e3%83%96%e3%83%a9%e3%83%83%e3%82%af-%e3%83%9b%e3%83%bc%e3%83%ab-%e6%98%9f-%e3%82%b9%e3%83%9a%e3%83%bc%e3%82%b9-7861696/

이번에 2023년 4월 18일에 프리프린트 서버 arXiv에 발표된 논문 속에서 연구자들은 수수께끼의 천체는 실은 암흑물질의 덩어리일지도 모른다는 가설에 도전했습니다.

암흑물질이란 은하의 질량 대부분을 차지하는 눈에 보이지 않는 물질로, 정체는 아직 알 수 없습니다. 많은 이론모델에서는 암흑물질이 은하에 균등하게 분포되어 있다고 보지만 암흑물질이 모여 덩어리가 된다는 모델도 있습니다.

그러한 가설 중 하나는 '암흑물질이 새로운 종류의 보손'이라는 가설입니다. 보손은 자연계의 힘을 담당하는 입자로, 예를 들어 광자는 전자기력을 담당하는 보손입니다. 소립자물리학의 표준모델로 알려진 보손은 한정되어 있지만 원리적으로는 더 많은 종류의 보손이 우주에 존재할 수 있습니다.

만약 보손 암흑물질이 있다면 그것은 모여 큰 덩어리를 형성하고 하나의 별계 정도의 크기가 되는 경우도 있고 일반적인 천체 크기가 될 수도 있습니다. 그런 천체는 방사선을 전혀 방출하지 않기 때문에 관측자에게는 블랙홀처럼 보입니다. 또한 눈에 보이지 않기 때문에 관측하려면 블랙홀과 마찬가지로 다른 천체와의 상호 작용을 단서로 할 수밖에 없습니다.

연구자들에 의하면 보손 암흑물질의 존재를 가정해 문제의 별계에 있는 블랙홀 같은 천체를 보손 별로 바꾸어 보면 관측 데이터의 많은 부분을 설명할 수 있다고 합니다.

사실 보손 별이 발견될 가능성은 결코 높지 않지만 연구자들은 추가 관측의 필요성을 강하게 주장했습니다. 왜냐하면 수수께끼의 천체의 정체가 보손 별이 아니더라도 항성이 매우 컴팩트하고 고밀도인 물체 주위를 돌고 있는 것은 사실이므로, 추가 조사에 의해 아인슈타인의 일반상대성 이론에 대한 이해를 더욱 깊게 할 수 있기 때문입니다. 또한 만약 보손 별이라면 그러한 이국적인 천체의 완벽한 모델 ​​케이스가 되기 때문에 암흑물질의 정체규명으로 이어질 수 있습니다.