암흑에너지와 암흑물질은 우주 물리학에서 연구와 논의의 중요한 대상입니다. 이 두 개념은 우주의 기본적인 특성을 이해하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 2013년 유럽우주국(ESA)의 발표에 따르면, 우주의 구성은 암흑물질과 암흑에너지가 95.1%를 차지하며, 실질적인 물질은 4.9%에 불과하다고 합니다.
1. 암흑에너지
암흑에너지는 우주의 가속된 팽창을 설명하기 위해 도입된 개념입니다. 일반적으로 물질들은 중력에 의해 서로 잡아당기므로, 물질 사이의 거리에 상관없이 속도는 점점 줄어들어야 합니다. 마찬가지로 우주가 팽창하더라도 팽창 속도는 점점 작아져야 하는 결론이 나옵니다. 하지만 1998년의 초신성 관측을 비롯하여 우주배경복사나 그 밖의 관측 결과를 종합하면 우리 우주는 속도가 점점 더 커지는 가속 팽창을 하는 것이 밝혀졌습니다. 이 가속된 팽창을 설명하기 위해 암흑에너지 개념이 제안되었습니다. 암흑에너지는 우주의 공간에 존재하며, 중력과 반대로 척력으로 작용하는 무언가를 의미합니다. 암흑에너지의 존재는 우주의 가속 팽창 학설이 본격 제기된 1998년 이후 가설로만 남아 있다가, 2003년 2월 미국항공우주국(NASA)이 암흑에너지의 존재를 뒷받침하는 우주의 초기 모습을 공개하면서 처음 입증되었습니다. 암흑에너지는 현재 약 68.3% 정도가 전체 우주의 에너지 밀도를 차지하고 있다고 추정되지만, 그 정체는 정확히 알려져 있지 않습니다.
2. 암흑물질
우주에 있는 천체의 존재를 알 수 있는 것은 빛, 즉 전자기파를 통해서 알 수 있습니다. 만약 어떤 물질이 전자기 상호작용을 하지 않거나, 하더라도 관측할 수 없다면 그 천체를 볼 수 없습니다. 이렇듯 우주에는 중력원의 존재를 증명하는 어떠한 파장도 관측되지 않는 경우가 상당히 많습니다. 마치 관측이 불가능한 어떤 물질이 우주에 널리 퍼져 있는 양상을 보이고 있는데, 이러한 현상을 설명하기 위해 암흑물질이라는 개념이 제시되었습니다. 암흑 물질은 일반적인 물질과는 다른 성질을 가지고 있습니다. 빛을 비롯한 어떤 물질과도 반응하지 않기 때문에 보이지도 않고, 검출하기도 힘듭니다. 또한, 빛을 내지 않아 보이지 않으며 전자기력을 통해 상호작용하지 않습니다. 그래서 암흑 물질은 우리의 몸과 지구 전체를 뚫고 지나가고 있지만 보이지 않습니다. 암흑물질은 직접적으로 관측되지 않고, 간접적인 증거를 통해 존재가 추론되고 있습니다. 현재 암흑물질은 전체 우주 에너지 밀도의 약 26.8%를 차지하고 있다고 추정되고 있으며, 대표적인 암흑 물질의 후보로는 윔프(weakly interacting massive particle, WIMP), 액시온(axion) 등 여러 가지가 거론되고 있으나 아직 확인된 것은 없습니다.
3. 우주의 구성 비율
2003년에 NASA의 탐사기인 'WMAP'의 데이터에 따르면 우주의 구성 비율이 암흑물질을 22~23%, 암흑에너지를 73%로 산출한 바 있습니다. 하지만 2013년 유럽우주국(ESA)의 발표에서는 암흑물질이 약간 많이 계측된 것으로 나타났습니다. 유럽우주국(ESA)의 데이터에 따르면, 우주는 물질이 4.9%, 암흑물질이 26.8%, 암흑에너지가 68.3%로 구성되어 있습니다. 이는 물질(양성자, 중성자, 전자 등)이 전체의 4.9%를 차지하며 나머지 95.1%는 암흑물질과 암흑에너지로 이루어진 미지의 영역입니다. 암흑물질과 암흑에너지는 현대 우주 물리학에서 중요한 주제로 인식되었습니다. 이들에 대한 궁금증과 정체를 해명하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으며, 연구가 진행됨에 따라 해답에 가까워질 것이며 우주의 기원과 구조에 대한 이해를 크게 발전시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.