차가운 암흑물질

차가운 암흑물질(Cold Dark Matter, CDM)은 우주론에서 암흑물질을 구성하는 가상적인 입자의 속도가 매우 느린, 즉 “차가운” 입자들의 집합으로 설명하는 이론 모델입니다. 여기서 "차가운"이라는 표현은 입자의 속도가 광속에 비해 매우 느리다는 것을 의미하며, 이는 입자가 형성 당시 상대론적 효과를 거의 받지 않았음을 시사합니다.

CDM은 우주 거대 구조 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨집니다. 느린 속도 덕분에 CDM 입자들은 중력적으로 뭉쳐지기 쉬우며, 초기 우주의 작은 밀도 요동을 증폭시켜 은하와 은하단과 같은 구조를 형성하는 씨앗 역할을 합니다.

CDM 모델은 우주 마이크로파 배경 복사 관측과 대규모 구조 관측 결과와 잘 부합하는 것으로 평가받고 있지만, 몇 가지 문제점 또한 지적되고 있습니다. 대표적으로, 소규모 은하 형성 예측과 관측 결과 사이의 불일치("소규모 구조 문제")와 은하 중심부의 밀도 분포 예측과 관측 결과 사이의 불일치("중심 해면 문제") 등이 있습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 상호작용하는 암흑물질(SIDM)이나 따뜻한 암흑물질(WDM) 등 다양한 암흑물질 모델이 연구되고 있습니다.

CDM의 후보 입자로는 액시온, 윔프(WIMP, Weakly Interacting Massive Particle) 등이 거론되고 있으며, 이들을 검출하기 위한 다양한 실험들이 진행되고 있습니다. 윔프는 약한 상호작용을 하는 무거운 입자로, 다양한 이론적 모델에서 예측되지만 아직까지 직접적인 증거는 발견되지 않았습니다. 액시온은 강한 CP 문제 해결을 위해 제안된 가상의 입자로, 매우 가벼운 질량을 가질 것으로 예상됩니다.