우주의 가장 어두운 지역들 보이지 않는 것을 보기

우주의 가장 어두운 지역들 보이지 않는 것을 보기

물질이 초대칭의 지배를 받는가 아니면 표준모형을 확대한 또 다른 어떤 것의 지배를 받는가, 즉 원자보다 작은 세계를 서술하는 복잡한 이론은 찾을 길 없는 암흑물질을 구성하는 입자들의 정체를 알아내야 한다. 우주론자들은 이물질의 일부가 보이지 않는 중입자이고, 다른 일부는 중성미자로 구성되어 있다는 결론을 내렸다. 그 밖에의 나머지는 사라진 우주 물질의 대부분 그중 어느 것도 아니다. 어쩌면 그것은 별난 초대칭 입자일 수도 있고 다른 어떤 것일 수도 있지만, 과학자들이 물질에 대한 올바른 이론을 만들어내야 사라져 버린 물질을 구성하는 입들의 종류를 알게 될 것이다. 물론 암흑물질은 암흑이지만 우주 공간 자체만큼이나 어둡고 망원경으로도 보이지 않는다. 그것은 존재한다. 은하단 구조와 은하계들의 움직임과 분포, 그리고 우주배경복사의 섬세한 세무 관련 사항 등 모든 것이 우주가 암흑물질로 가득 차 있음을 보여 준다. 하지만 과학자들이 그것을 직접 보지 못하는 한, 그것을 이해했다고 주장할 수 없다. 그러나 물질 이론이 옳음을 확인하였다고 해서, 찾을 길 없는 물질이 어디에 숨어 있는지를 알려주는 것은 아니다. 입자물리학자들이 아니라 천문학자들과 우주론자들이 이것이 어디 숨어 있는지를 찾아내야 한다. 

마침내 그 베일이 벗겨지기 시작했다. 지난 몇 년 동안 천문학자들과 물리학자들은 암흑물질, 즉 중입자 암흑물질과 별나 암흑물질이 어디 있는지 숨은 장소를 찾아내려고 애쓰고 있다. 위성 망원경, 지하 실험실들 그리고 다양한 도구들을 동원하여 마침내 보이지 않는 질량의 흔적들을 발견하고 있다. 거대한 스케일로 보면 이런 굴곡은 물리학자들이 은하단들을 한데 묶어 주는 보이지 않는 물질의 거대한 집합을 찾아내도록 도움을 주었다. 은하계들과 은하단들로부터 오는 엑스선은 암흑물질 입자들의 본성을 보여주었다.처음으로 찾아낸 것들이 벌써 밖으로 알려졌다. 시공간의 섬세한 굴곡을 찾아냄으로써 물리학자들은 우리 은하계를 둘러싸고 있으면서 보이지 않는 물질로 된 후광 속에 떠도는 작은 암흑의 물체을 볼 수 있다.  망원경을 때리는 빛에 들어있는 빽빽하게 우거진 나무들과도 같은 흡수선들은, 은하계 빛에서 멀리 떨어진 깊고 깊은 우주 공간에 있는 가스구름들의 존재를 드러내 준다. 운이 좋다면 과학자들은 특별히 고안해서 지하에 묻은 장에 별난 암흑물질 일부를 붙잡을 수 있을지 모른다. 보이지 않아도 암흑 물질은 머지않아 그 비밀을 드러낼 것이다.

첫째 분야에서는 쿼크들로 이루어진 빛이 없는 중입자 암흑물질을 찾는다. 물리학자들이 이런 보통 물질이 대부분 무엇으로 만들어졌는지 안다고 해도 그것은 여전히 발견되지 않은 상태로 있으며, 따라서 물리학자들은 그것이 감추어진 장소를 찾아내지 않으면 안 된다. 두 번째 분야에서는 별난 암흑물질을 찾는다. 그것은 쿼크로 만들어지지 않으면서도 중입자 물질의 무게를 약 6대 1 정도로 능가하는 재료다. 각각의 분야는 각기 다른 도구와 기술을 이용한다.또한 과학자들은 암흑물질에 가까이 다가갈수록 우주의 '암흑시기'에 대해서도 배우고 있다. 암흑시기란 빛이 물질에 갇힌 상태에서 풀려나오는 '재결합' 순간과 처음 별들이 불을 밝히고 은하계들이 타오르기 시작하던 '재이온화' 시기 사이에 있는 시간을 가리키는 말이다. 천문학자들은 가장 멀리 있는 어둠을 뚫기 시작하였다. 머지않아 물질은 그 어디에도 숨을 곳이 없을 것이다. 암흑물질이 두 종류가 있기 때문에 그것을 찾는 데에도 역시 두 분야가 있다. 
전혀 보이지 않는 어떤 것을 찾아내기 쉬운 일이 아니다. 과학자들이 어떻게 빛을 삼키는 무엇인가를 찾아낼 수 있다는 말인가? 블랙홀은 실제로 보이지  천문학자들은 블랙홀이 시공간에 미치는 영향을 통해 그 존재를 알아낼 수 있다.하지만 불가능한 것도 아니다. 예를 들어, 과학자들은 블랙홀이라고 알려진 강력하게 응축된 별들의 목록을 점점 더 많이 확보하고 있다. 빛조차도 블랙홀의 중력에서 벗어날 수 없다.  이 말은 블랙홀 그 자체를 볼 수 없다는 뜻이다. 그곳에 너무 가까이 접근하는 복사는 무엇이든 다시 나오지 못한다. 사건지평선은 응축된 별의 입을 감추고 있다. 이들은 빛을 내놓지 않고 흡수한다.  하늘에서 반짝이는 물을 찾는 것이 바로 이것이었다. 1919년 이른 오후에 달그림자가 프린시페섬을 지나갔다. 개기 일식이 몇 분 동안 태양을 완벽하게 가렸다. 그리고 에딩턴 팀은 태양에 가까이 있는 별들의 위치를 측정할 수 있었다. 심한 비가 쏟아진 다음 천체들은 에딩턴이 사진 몇장을 찍을 만큼 충분히 빛을 내었다.

아인슈타인의 이론이 옳다면, 태양 가까이 있는 별들은 원래 있던 자리와 는 약간 다른 자리에 나타날 것이다. 그리고 에딩턴은 바로 정확하게 이것을 보았다. 별들은 제자리에 있지 않았다.70년도 더 지난 다음 중력렌즈의 일종인 마크로 렌즈가 우리 은하계에서 암흑물질의 분포를 보여주기 시작했다. 에딩턴 팀은 시공간 굴곡을 거의 직접적으로 보았다. 그들은 무거운 물체 주변에서 빛이 휘어지는 것을 보았다 바로 중력렌즈였다.  에딩턴의 중력렌즈가 태양 (은하계 규모로 보면 상대적으로 작고 빽빽한 물질 덩어리)에 의해 만들어진 것처럼 마이크로렌즈란 작고 밀집된 물질 덩어리에 의해 만들어지는 빛의 섬세한 굴곡을 말한다.  또 다른 중력렌즈들, 예를 들어 은하계 전체에 의해서 만들어지는 것 같은 렌즈들은 근본적으로 훨씬 더 크고 분산되었다. 이 들 마이크로 렌즈들은 우리 은하계를 둘러싼 후광 속에 있는 암흑물질의 표지들이다. 과학자들은 휘어지는 빛의 진동을 탐색하고 우리를 둘러싼 암흑물질을 찾아냈다.