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2026년 10월 01일 11:29 권현수 기자

"암흑물질 없이 은하 법칙 풀었다"…은하 관측 규칙성 수학적 도출

페를린더 창발중력 보완식 적용…밝기 다른 은하들의 표면밀도 계산 성공

국내 연구진이 암흑물질을 가정하지 않는 수정 중력이론을 활용해 기존 은하 관측에서 알려진 핵심 물리량을 이론적으로 규명해냈다.

세종대학교는 윤영섭 물리천문학과 연구원이 에릭 페를린더(Erik Verlinde) 교수가 제안한 창발중력(emergent gravity) 이론을 바탕으로 은하 내 암흑물질의 중심 표면밀도를 계산하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '포톤스 오브 더 다크 유니버스(Physics of the Dark Universe)' 온라인판에 최근 게재됐다.

천문학계는 은하 외곽 별의 빠르기를 설명하기 위해 보이지 않는 질량인 '암흑물질'의 존재를 전제로 삼아왔다. 그러나 한편에서는 약한 중력 영역에서 뉴턴 법칙 자체가 달라진다는 '수정 중력이론'을 바탕으로 현상을 규명하려는 시도가 이어졌다.

천문 관측에 따르면 밝기 차이가 수십만 배에 달하는 서로 다른 은하에서도 암흑물질의 중심 밀도와 중심부 크기의 곱으로 정의되는 '중심 표면밀도'는 90~220 M⊙/pc² 수준으로 일정하게 유지되는 규칙성을 보인다.

윤 연구원은 수정 중력이론 중 하나인 페를린더의 창발중력론을 적용해 해당 중심 표면밀도를 계산했으며, 관측 범위에 들어맞는 170 M⊙/pc² 라는 수치를 도출했다.

특히 이번 계산에는 윤 연구원이 지난 2024년 발표한 보완 관계식이 활용됐다. 기존 창발중력론은 복수의 질량이 만드는 중력을 단순히 합산하는 중첩원리를 적용할 수 없는 한계가 있었다. 윤 연구원은 이를 보완하는 수학적 관계식을 정립했고, 이번 연구를 통해 해당 식이 실제 관측 결과와 일치함을 검증했다.

윤 연구원은 "2024년 제안한 보완 관계식이 실제 관측값과 부합한다는 점을 확인했다"며 "암흑물질 입자의 직접 탐색이 난항을 겪는 상황에서, 수정 중력이론이 은하 단위의 관측적 규칙성을 설명하는 유효한 틀이 될 수 있음을 보여준 결과"라고 설명했다.

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