우주 형성의 필수 요소

초기 우주에 암흑 물질이 없었다면, 지금 우리가 우주의 진화 과정에 대해서 통일성 있는 그림을 짜맞추기는 고사하고 여기 앉아서 이런 이야기를 나눌 수조차 없었을 것이다. 암흑 물질이 없었다면 우리가 지금 목격하는 우주가 형성되기에 충분한 시간이 주어지지 않았을 것이기 때문이다.

은하 구조의 씨앗

암흑 물질 덩어리는 우리 은하의 씨앗으로 기능했다. 그것뿐 아니라 다른 은하들과 은하단들의 씨앗으로 기능했다. 은하가 형성되지 않았다면 별이 없었을 것이고, 우리 태양계도 없었을 것이고, 우리가 아는 형태의 생명도 없었을 것이다.

현재도 계속되는 중요한 역할

요즘도 암흑 물질의 집단 행동은 은하들과 은하단들을 온전한 상태로 지켜 주는 역할을 한다. 만일 내가 책을 시작하며 언급했던 암흑 원반이 실제로 존재한다면, 암흑 물질은 우리 태양계의 궤적에도 영향을 미치고 있을지 모른다.

관찰의 근본적 한계

하지만 우리는 그 암흑 물질을 직접 관찰할 수 없다. 과학자들은 그동안 갖가지 형태의 물질을 조사했지만, 우리에게 그 구성이 알려진 물질은 모두 모종의 빛을 통해서 – 일반화하여 말하자면 모종의 전자기 복사를 통해서 – 관찰할 수 있는 대상이었다.

전자기 복사의 세계

전자기 복사는 가시광선 주파수 대역에서는 빛으로 나타나지만, 우리가 눈으로 볼 수 있는 그 한정된 영역을 벗어난 주파수 대역에서는 가령 전파나 자외선 복사로 나타난다. 그 효과는 현미경을 통해서 관찰될 수 있고, 레이더 기기를 통해서, 혹은 사진에 찍히는 광학 이미지로 관찰될 수도 있다. 어쨌든 늘 전자기적 영향력이 관여한다는 점은 같다.

물질과 빛의 관계망

물론 그런 상호 작용이 모두 직접적이지는 않다. 빛과 가장 직접적으로 상호 작용하는 것은 전기를 띤 입자들이다. 그러나 입자물리학 표준 모형의 구성 요소들 – 우리가 아는 물질을 구성하는 가장 기본적인 요소들을 말한다 – 은 서로 충분히 상호 작용을 하기 때문에, 우리가 보는 모든 물질들은 설령 빛과 직접적인 친구 관계는 아닐지라도 한 다리 건넌 친구의 친구이기는 하다.