CDMS II(암흑물질 탐색실험)에서 온 Good News! 음의질량-암흑물질-암흑에너지

CDMS II (극저온암흑물질탐색실험) 으로부터 온good news!

 

20091218오늘 미국의 CDMS II 실험으로부터 지난번 결과 발표 이후추가 연구 결과를 발표했습니다.


Results from the CDMS II Experiment 

0.6 백그라운드 시그널에서 2개의 시그널을 디텍트 했다고 합니다!
 “The results cannot be interpreted as significant evidence for WIMP interactions, but we cannot reject the possibility that either event is signal.”

(ExtraD 님의 포스팅 :
http://extrad.egloos.com/2120314 )
(Discover의 라이브 블로그에 실린 반응은 여기~
dark matter detected or not - live blogging the seminar)

논문은 여기 :
http://cdms.berkeley.edu/0912.03592v2.pdf

이보다 앞선 논문에서 발표되었던 CDMS II의 실험결과로부터, 이번 실험에서는 시그널이 3개 까지는 배경으로부터 나올수 있는데, 2개를 검출했다고 합니다. 그러나, 2개 이상이 나올 확률이 23%로 그리 높은 확률은 아니라고 하며, Super CDMS 실험을 계획중이라고 합니다.
 “The results cannot be interpreted as significant evidence for WIMP interactions, but we cannot reject the possibility that either event is signal.”

이런 코멘트 들도 보이네여, CDMS의 앞선 실험에서 zero event를 얻었었기에, 그것과 조합하면, 결국 이번실험에서 2개를 얻은게 아니라, 앞선 실험결과와 이번 실험결과를 합쳐서 총 2개를 얻은 셈이기에 23%라고 말하는 것은 옳지 않다는 지적도 있네여~, 그러고 보니, 이번 23%가 앞서의 zero event를 포함한 것인지 여부도 확인이 필요할 듯 합니다.

우주초기에 음의 질량과 양의 질량의 쌍생성 가설은,

총 물질의 50% 이상이 음의 질량이고, 현재의 암흑물질(Dark matter) 크기로 환산해 보면, 대략 60% 이상이 음의 질량(Negative mass)일 것으로 예측하고 있고, 이러한 음의 질량으로 된 암흑물질이 현재에는 대부분 은하의 외부에 존재할 것으로 생각하고 있기 때문입니다.

 

우주초기에 균일하게 양의 질량과 음의 질량이 쌍생성 하였으나, 두 질량들의 본질적인 특성으로 인하여, 양의 질량은 서로간에 인력적인 상호작용으로 인하여 국소적으로 많은 양의 질량이 모이게 되었고, 반면에 음의 질량은 서로간에 척력적인 상호작용으로 인하여 거의 균일하게 분포하였을 것입니다.

 

이러한 상태에서, 국소적으로 양의 질량들이 모인 공간은 해당 지역에 있던 음의 질량을 상쇄하고 남을만큼 모이게 되었으며, 이러한 양의 질량들이 모인 구조가 지금의 은하단 구조라는 것입니다.

 

국소적으로 양의 질량들이 모이면, 음의 질량은 앞서 뉴턴역학적 분석으로부터, 거대양의 질량(은하, 은하단 구조)에 인력적인 효과를 받기에, 음의 질량은 양의 질량으로된 은하와, 은하단 주변에 모여들게 됩니다. 이때, 음의 질량은 은하 바깥에 존재하고, 은하 바깥에 존재하는 음의 질량은 양의 질량에 척력적인 효과를 미치는데, 이 척력의 방향은 곧 은하 중심 방향이 됩니다.

 

이는, 은하 바깥에서 음의 질량이 은하내의 양의 질량에 미치는 중력적인 효과는 구심력 효과를 나타낸다는 의미입니다. 따라서, 은하와 은하단은 자체의 중력에 의한 구심력보다 훨씬 더 큰 구심력이 존재하고, 따라서 은하와, 은하단의 형성은 가속되게 됩니다. 이것이, 암흑물질이 우주의 팽창속에서도 은하와, 은하단 형성에 기여하게된 이유입니다.

  

따라서, 제가 생각하는 음의 질량으로 된, 암흑물질은 은하 바깥에 주로 분포하며, 은하내에는 그 양이 매우 적을것으로 생각되기에, 지구상에서 검출은 불가능 할 것으로 생각합니다.


 
 

현재까지 알려진 사항중 확실한 사실을 나열해 보면,

1.       은하내의 공전커브에 대한 분석으로부터 은하내에 추가적인 구심력 효과가 존재한다.

ΛCDM 가설은 암흑물질이 양의 질량이라고 생각하기에 은하내에 암흑물질이 존재할 것으로 가정하나, 아직까지 은하내에서 암흑물질은 실제 관측된 바가 없습니다.

따라서, 현재 확실한 명제는 은하내에 양의 질량으로 된 암흑물질이 존재한다가 아닌, "은하내에 추가적인 구심력 효과가 존재한다입니다.

 

2.       은하외부에 은하를 둘러싼 암흑물질이 존재한다.

: 이는 총알성단과 같은 은하단 충돌의 모습으로부터, 명확하게 은하외부에 은하를 둘러싸고 있는 중력원이 있음을 알 수 있고, 이것이 MOND or MOG(수정중력이론)를 비롯한 다른 이론으로는 완전하게 설명이 안되기에(MOG는 현재 까지 관측된 현상을 하나의 MOG 이론이 일관되게 설명하지를 못합니다.)
총알 은하단의 관측결과로 부터
은하 외부에 은하를 둘러싼 입자적인 암흑물질이 존재할 것이라는 게 거의 일치된 의견입니다.

             Sean Carrol : dark-matter-exists
 

위 두가지 사실에 대해 음의 질량가설은 일치하는 설명을 제공해 준다는 점입니다.

 

은하 밖에 분포하는 음의 질량이 암흑물질과 동일한 효과를 나타냄을 앞선 포스팅에서 설명하였는데, 암흑물질은 음의질량으로 이루어져 있다! 포스팅 참조(http://icarus2.egloos.com/2732221)

fig07.
은하팔에서의 음의질량 효과
왼쪽은 나선형 은하이고, 은하외부의 공간에 음의 질량이 거의 균일하게 분포하고 있는 모습입니다. 음의질량들 간의 척력적인 효과가 있기에 거의 균일하게 분포하게 됩니다. 또한 앞서 뉴턴역학적인 분석에서 설명드렸듯이, 거대양의질량은 개별 음의질량에 인력적인 효과를 미치기에, 음의 질량이 은하를 둘러싸고 있는 구조를 갖게 될것으로 예측됩니다.
우주의 오랜시간동안 음의질량은 양의질량을 만나 쌍소멸과정을 통하여 소멸하였고, 현재 남아있는 은하나 은하단 구조는 그지역에 있는 양의질량이 음의질량과의 쌍소멸과정을 모두 겪고 살아남아 있는 구조로 생각합니다. 이는 양의 질량들끼리의 인력적인 상호작용에 의해 국소적으로 양의 질량이 음의 질량보다 밀도가 큰 영역이 생겼기 때문입니다.

뉴턴역학의 구심력 계산으로부터
음의 질량에 의한 중력효과를 계산하기 위해서 중요한 사항은, 왼쪽의 실재 은하에 의한 음의 질량의 비어 있는 공간의 크기가 얼마이고, 어떤 모형으로 묘사할 것인가가 중요한데, 나선형 은하나 타원은하의 경우, 은하핵에 대부분의 질량이 위치하는 점과 은하의 회전, 은하핵의 중력 반경 등을 고려하면, 타원형에 가까울 것으로 보이므로, 음의 질량의 비어 있는 공간을 구형 또는 타원형으로 간주하고, 계산을 수행해서 관측치와 비교해 볼 수 있습니다.

fig.12.
caption : 음의 질량에 의한 은하팔에서의 중력효과
은하외부의 음의질량의 분포중 다른부분은 상쇄되고, 우측의 빗금친 영역의 음의질량에 의한 중력효과가 상쇄되지 않고 남게 됩니다. 

위와 같이 양의 질량에 의한 구심력 항에 음의 질량에 의한 구심력 항을 추가하여, 별의 공전속도 및 음의 질량 밀도 등을 구해 관측치와 비교해 보고, 이를 확장하여 다른 은하들에 적용시켜 보면 은하 외부에 음의 질량의 분포를 통한 암흑물질 해석이 타당한지 여부를 검증할 수 있을 것입니다.

fig.12. 에서 상쇄되지 않고 남게 되는 음의 질량분포가 초승달 모양이기에 계산상 어려워 보이나, 왼쪽에 흰색의 비어있는 공간은 달리 표현하면, 음의 질량과 양의 질량이 동일한 밀도로 가득차 있는 공간이라 가정 할 수 있으며, 이제 전영역에 걸쳐 음의 질량이 균일하게 분포하므로, 질량m에 작용하는 음의 질량에 의한 효과는 0이 됩니다. 이제 남아있는 질량은 왼쪽 흰색의 영역 전체에 양의 질량이 음의 질량의 밀도로 분포하고 있게 되고, 균일하게 분포한 양의 질량이 반경 R에 위치한 양의질량m에게 작용하는 중력은 반경R 이내의 질량 분포만이 m에게 중력을 작용시킴을 알 수 있습니다.

fig.13
caption : 은하외부의 음의질량분포에 의한 중력효과는 은하내 반경r 이내의 구형 양의질량 분포에 의한 중력효과와 동일하다.


따라서, 은하 밖의 상쇄되지 않고 남게 되는 음의 질량에 의한 효과는 은하내 반경 r 이내에 양의 질량이 분포함에 의해 발생하는 중력으로 근사 시킬 수 있습니다.


식 (107)는 임의의 구형, 또는 타원은하에 적용되며, 정상적인 모양의 나선은하의 경우, 은하중심으로부터 구형 근사를 적용시킬 수 있는 거리까지는 성립할 것입니다. 현재 은하의 로테이션 커브에 대한 분석으로부터, 암흑물질이 거리 r에 비례하는 형태로 분포함을 알 수 있고, 따라서, (108)식은 현재의 로테이션 커브와 일치하는 결과입니다. 


Fig. 22. 총알성단의 총돌 모습 : http://arxiv.org/abs/astro-ph/0608407
파란색이 암흑물질이고, 빨간색이 일반물질, 흰색이 은하들입니다. 일반물질의 중력중심은 빨간색안에 있는데, 실제 관측에서는 파란색의 안보이는 암흑물질로 인하여 중력중심의 위치가 다르고, 이에따라 암흑물질이 존재하는 것으로 보여지고 있습니다. 

Fig23. MACS J0025.4-1222 Cluster - 총알성단과 같이 암흑물질이 양쪽으로 분리되어 있는 형태의 암흑물질 관측증거
잘 안보이시겠지만, 그림에서 노란색이 일반물질의 질량분포이고(중심은 노란색 가장 작은원), 빨간색이 암흑물질의 분포입니다. 여기서도 암흑물질이 명확하게 2군데로 나누어져 있습니다. 또한 일반물질의 중심이 두 암흑물질의 사이에 있습니다.

REVEALING THE PROPERTIES OF DARK MATTER IN THE MERGING CLUSTER MACS J0025.4−1222*
http://arxiv.org/abs/0806.2320v2
※ 중력렌즈 방법은 음의 질량에 의한 효과와 양의 질량에 의한 효과를 잘 구분하지 못합니다.
(
http://icarus2.egloos.com/2782875)

두가지 관측 증거 모두 일반물질이 서로 가까운 곳에 위치하고, 암흑물질이 서로 먼쪽에 배치된 모습을 뛰고 있습니다.

1) + 질량, + 질량 : 인력적

2) - 질량(암흑물질), - 질량(암흑물질) : 척력적

3) 거대 +질량(은하, 은하단),  - 질량(암흑물질) : 인력적

※ 위의 성질들은 임의로 부여된 성질이 아니라, II장 뉴턴역학적 분석에서 나온다는 점을 상기하시기 바랍니다!
"음의질량과 양의질량의 운동형태" 포스팅 :
http://icarus2.egloos.com/2721739

4) 결과 : 최소한 위의 3가지 특성으로부터 (+ 질량,+ 질량)은 가까운쪽에, (- 질량, - 질량)은 서로 먼쪽에 배치될 거라는 것을 예측할 수 있습니다.

총알성단의 모습에서 암흑물질이 암흑물질이나 일반물질 모두에 척력적인 성질만 있어서는 위와 같은 모습을 갖을수 없는데, 암흑물질이 척력적인 성질만 있다면, 암흑물질이 균일하게 분포할뿐 저와 같이 모여서 중력효과를 발생시킬수가 없기 때문입니다. 암흑물질이 암흑물질간에 척력적인 힘을 작용하지만, 암흑물질이 일반물질과는 인력적인 상호작용을 하기에 위와같이 암흑물질이 붙잡혀서 뭉쳐져 있는 구조를 갖을수 있다는 점입니다.

총알성단의 충돌모습은 암흑물질(다크메터)과  암흑물질간의 성질, 암흑물질과 일반물질간의 성질 두가지가 모두 충족되어야 만이 설명될수 있고, 음의질량의 성질은 이 두가지를 훌륭하게 설명해 준다는 점입니다.

음의 질량(암흑물질)이 현상과 정성적으로 일치하는 결과를 보여준다는 점은 음의질량(negative mass)을 통해 좀더 엄밀한 시뮬레이션을 할 필요가 있음을 말해 줍니다.

Fig.22 와 Fig.23의 모습을 다시한번 보시고, 암흑물질과 암흑물질간에, 암흑물질과 일반물질간에 어떤 중력적인 성질이 있으면 현상이 설명될수 있을지에 대해서 한번 고민해 보시기 바랍니다.

또한, Fig07, Fig12, Fig13의 그림을 보시고, 은하 외부의 음의 질량분포가 은하내 반경 r 이내의 양의 질량분포(은하 외부의 음의 질량과 동일한 밀도를 가진) 로 대응되는 과정을 살펴보시고, 은하 외부에 분포하는 음의 질량이 은하내 양의 질량에 추가적인 구심력 효과를 작용하며, 그것이 기존의 관측결과와 같이 거리 r에 비례하는 암흑물질 효과를 낼수 있다는 점을 다시 한번 살펴 보시기 바랍니다.

============
Hypothesis of Dark Matter and Dark Energy with Negative Mass :
http://vixra.org/abs/0907.0015


덧글

  • 블랙체링 2009/12/21 13:44 # 삭제

    안녕하세요 ^^*
    방명록으 못찾아 포스트의 내용과는 아무런 관련이 없는 글을 여기에 씀니다...;;;
    암흑물질에 관해 많이 올려주시는데 잘 보고있습니다.
    스킨도 새로바뀌었고 보기 좋네요, 앞으로 좋은 포스트 기대하겠습니다. ^0^/
  • 이카루스2 2009/12/21 15:30 #

    하이여~ 체링님~^^
    방문 감쟈합니다! 꾸벅! (_ _)"
    아직 이글루 파악이 안되서리...

    저야 말로 체링님 글 잘보고 있습니다~!
    즐거운 한주 되시기 바랍니다!!!

※ 로그인 사용자만 덧글을 남길 수 있습니다.