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[IT뉴스]암흑물질 흔적일까…은하 중심에서 '미스터리 감마선' 발견

온카뱅크관리자

2025-11-26 17:57:30

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 <img alt="도쿄대 연구팀이 페르미 감마선 우주망원경 자료를 분석해 은하수 중심부 둘레에서 20GeV 감마선을 확인한 연구에 사용된 지도다. 중앙의 회색 띠는 강한 방사선 때문에 제외된 은하 평면 영역이다. Tomonori Totani, The University of Tokyo 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/26/dongascience/20251126174751609mthe.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="PttsRdUZRK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/26/dongascience/20251126174751609mthe.jpg" width="658">
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 도쿄대 연구팀이 페르미 감마선 우주망원경 자료를 분석해 은하수 중심부 둘레에서 20GeV 감마선을 확인한 연구에 사용된 지도다. 중앙의 회색 띠는 강한 방사선 때문에 제외된 은하 평면 영역이다. Tomonori Totani, The University of Tokyo 제공
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 우주의 약 25%를 차지하는 것으로 알려진 암흑물질의 단서가 될 수 있는 새로운 감마선 신호가 포착됐다. 
 토타니 토모노리 일본 도쿄대 교수팀은 미국항공우주국(NASA) 페르미 감마선 우주망원경 자료를 분석해 우리은하 중심을 둘러싼 영역에서 기존 천체 현상으로는 설명하기 어려운 감마선 성분을 발견했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '저널 오브 코스몰로지 앤드 아스트로파티클 피직스(JCAP)'에 26일(현지시각) 게재됐다. 
 연구팀이 눈여겨본 것은 에너지 약 20기가전자볼트(GeV)에서 유독 강하게 나타나는 감마선 신호다. 감마선 에너지를 나눠 보면 20GeV 지점에서만 봉우리처럼 급격히 높아지는 패턴이 관측되는데 일반적인 천체 과정에서 흔히 나타나는 분포와 다르다.
 과학자들은 그간 암흑물질 후보 중 하나인 ‘윔프(WIMP)’가 서로 충돌해 없어질 때 약 20GeV의 에너지를 갖는 감마선이 관측될 수 있을 것으로 추정해왔다. 
 연구팀은 페르미 망원경이 수년간 관측한 데이터를 분석하면서 우리은하를 둘러싼 넓은 외곽 지역을 제외한 나머지 감마선 원인들을 모두 모델에 포함해 관측값과 비교했다. 그런 뒤 이 모델로 설명되지 않는 감마선이 남는지를 살폈다. 감마선이 너무 강하게 관측되는 은하 평면 지역은 분석에서 제외했다. 은하 평면은 은하의 중심을 가로지르는 밝은 띠다. 
 남은 성분을 살펴본 결과 은하 중심을 둘러싼 넓은 외곽 지역에서 20GeV 감마선이 퍼져 있는 특징적인 분포가 확인됐다. 이같은 감마선의 공간적 패턴은 암흑물질이 많이 존재할 것으로 예측되는 영역과 유사했다.
 연구팀이 분석한 감마선의 에너지 분포는 질량이 양성자보다 약 500배 무거운 윔프가 서로 부딪혀 사라질 때 나올 것으로 계산된 감마선과 비슷한 특성을 보였다. 감마선의 세기를 바탕으로 추정한 윔프의 소멸 빈도도 이론에서 예상한 범위와 크게 다르지 않았다.
 토타니 교수는 “만약 이번 분석이 맞다면 인류가 처음으로 암흑물질의 흔적을 직접 본 셈일 수 있다”며 “암흑물질이 지금의 입자물리학 표준모형에 들어 있지 않은 새로운 종류의 입자라는 점을 생각하면, 천문학과 물리학에서 매우 큰 의미가 있는 발견이 될 것”이라고 말했다.
 연구팀은 감마선이 암흑물질에서 기원했다고 단정하지 않는다. 토타니 교수는 “다른 연구팀이 독립적으로 같은 결과를 확인해야 하고 더 많은 관측 자료가 쌓여야 감마선의 실제 근원을 명확히 밝힐 수 있다”며 신중한 입장을 밝혔다.
 전문가들도 해석에 신중한 입장이다. 윤성우 기초과학연구원(IBS) 암흑물질 액시온 그룹 CI는 "연구팀은 관측한 감마선 신호가 윔프 암흑물질 충돌·소멸의 흔적일 가능성을 제기했지만 배경 방사선 모델링과 은하 구조에 대한 불확실성이 커 다른 천체물리적 원인으로도 설명될 수 있다"고 말했다.
 윤 CI는 "필요한 암흑물질 특성이 기존 직접 검출 실험에서 아직 관측되지 않았다는 점도 신중한 해석이 필요한 이유"라며 "흥미로운 결과지만 추가 관측과 국제 협력 분석, 서로 다른 관측 간 교차 검증을 거쳐 엄밀하게 평가돼야 한다"고 덧붙였다.
 암흑물질이 많이 모여 있을 것으로 알려진 왜소은하에서 동일한 에너지의 감마선이 발견될 경우 연구 결과의 신뢰도는 한층 높아질 것으로 예상된다. 
 &lt;참고자료&gt; doi.org/10.1088/1475-7516/2025/11/080
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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