<사진. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

GPS 시간 변화를 이용한 암흑물질 사냥

GPS가 새로운 일거리를 찾았다. GPS는 우리의 위치를 알려주는 대단한 일을 하고 있지만, 훨씬 더 파악하기 어려운 암흑물질의 정체가 우주에 있는 극도로 정밀한 시계 네트워크에 의해 파악될 수 있을지도 모른다.

암흑물질은 우주 물질의 80퍼센트까지를 이루고 있지만 보통 물질과는 거의 상호작용을 하지 않는다. 새로운 입자가 가장 인기 있는 후보이지만, 네바다대(University of Nevada)의 안드레이 데레비안코(Andrei Derevianko)와 캐나다 페리미터연구소(Perimeter Institute)의 막심 포스펠로프(Maxim Pospelov)는 우주에 퍼져있는 양자장의 뒤틀림이나 균열이 그 원인일 수 있다고 제안했다. 만약 그들이 옳다면, 그러한 뒤틀림에서는 전자의 질량이나 전자기장의 세기와 같은 기본적인 특성들이 바뀔 것이다. “그 영향은 본질적으로 기본상수들의 국부적인 변경”이라고 데레비안코는 말했다. 시계도 영향을 받을 수 있으며, 결과적으로 시간이 약간 다르게 측정될 것이다.

여기에 GPS가 이용될 수 있다. 이 위성 네트워크는 직경이 약 5만 킬로미터이고, 전체 태양계와 함께 우주 공간을 초속 300킬로미터 정도의 속도로 이동하고 있다. 그러므로 태양계가 우주의 뒤틀림을 통과할 때의 임의의 시간변화는 네트워크를 가로질러 이동하는데 최대 170초가 걸릴 것이다. 다른 요인들이 GPS의 시간 측정을 방해할 수 있지만, 암흑물질로부터 나오는 신호만이 그런 특징을 가질 것이라고 데레비안코와 포스펠로프는 말했다. 데레비안코는 이미 암흑물질의 지문을 찾기 위해 15년 치의 GPS 타이밍 데이터를 발굴하고 있다. 만약 아무것도 발견하지 못한다면, 그는 NEAT-FT(Network for European Accurate Time and Frequency Transfer)를 이용하여 탐색을 계속할 계획이다. NEAT-FT는 유럽에서 건설 중인 지상 원자시계 네트워크로서, 이러한 원자시계들 각각은 위성의 원자시계보다 훨씬 더 예민하다.

만약 우주 뒤틀림이라는 아이디어가 옳다면, 초신성으로 폭발한 고속으로 회전하는 죽은 별인 펄서(pulsars)를 이용해도 암흑물질을 탐색할 수 있을 것이다. 펄서는 지구를 때리는 전자기 복사 빔을 주기적으로 방출하는데, 그 주기는 우리가 가진 가장 우수한 시계보다 더 정밀할 수 있다. “펄서 데이터에는 감질나게 하는 힌트가 있다. 이것들은 원자시계와 비슷하며 고도로 규칙적”이라고 데레비안코는 말했다. 가끔씩 펄서들은 ‘성진(star quakes)’으로 진동하며, 그 원인은 알려져 있지 않다. 올해 초, 호주 뉴사우스웨일즈대(University of New South Wales)의 빅터 플람바움(Victor Flambaum)은 뒤틀림이라는 암흑물질이 그 원인일 수 있다고 제안했다. “위상기하학적 결함이 펄스를 통과할 때, 펄서의 질량, 반경 및 내부구조가 바뀔지도 모르며, 그 결과로 펄서 ‘진동’이 생길지도 모른다”고 플람바움은 주장했다.

만약 암흑물질이 우주 뒤틀림에 지나지 않다면, 그것은 몇몇 사람들에게 새로운 불평거리를 제공할 수 있을 것이다. “GPS를 이용하다가 길을 잃은 사람들에 관한 이야기를 듣는다. 이제는 그들이 또 다른 변명을 할 수 있을 것이다. 어쩌면 그들은 암흑물질 때문에 길을 잃을지도 모른다”고 데레비안코는 말했다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr