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성간 매질의 중성 수소 원자는 약 21cm 파장의 전파를 방출합니다. 이 방출 크기에 대한 연구는 성간 매체 연구에만 중요한 것은 아닙니다. 이 성간 수소의 분포를 매핑하는 방식으로 과학자들은 은하수 내 은하의 나선 구조를 연구했습니다. 또한 우리 은하의 약 3 %가 성간 가스이고 1 %가 성간 먼지라는 사실도 밝혀졌습니다.
성간 매체는 별과 밀접하게 얽혀 있습니다. 별은 분자 구름의 가스와 먼지의 붕괴로 형성됩니다. 새로 형성된 거대한 별 주위에 남은 가스는 HII 영역을 형성합니다. 별은 물질을 여러 번 반복해 성간 매체로 되돌립니다. 이러한 일종의 재활용은 항성풍의 형태로 부드럽게 일어나기도 하고, 초신성 폭발처럼 과격할 수도 있습니다. 초신성은 성간 매체에서 특히 중요한 재활용 형태입니다. 초신성에 의해 재활용되는 물질은 별과 초신성 자체에서 핵융합에 의해 생성되며, 원소가 풍부합니다. 시간이 지남에 따라 성간 매체와 성간 매체에서 형성된 별의 구성에서 무거운 원소의 양이 서서히 증가합니다. 따라서 성간 매체는 은하계의 화학적 진화 과정에 중요한 역할을 합니다.
암흑 물질은 우주에서 비발광성 물질, 즉 빛을 방출하거나 반사하지 않아 보이지 않는 물질입니다. 망원경을 통해 볼 때 보이는 모든 개체는 빛을 방출하거나 반사하기 때문에 보입니다. 별, 성운, 은하는 빛나는 물체의 예시입니다. 그러나 발광 물질은 우주에 있는 모든 물질의 극히 일부, 아마도 몇 퍼센트에 불과할 것으로 보입니다. 나머지 매체들은 차갑고 어두우며, 직접적인 시야에서 숨겨져 있습니다.
우주의 암흑 물질의 정체는 물리학자들 사이에서 여전히 논쟁의 대상입니다. NASA의 찬드라 X 선 천문대와 허블 우주 망원경, 유럽 남방 천문대 초 거대 망원경, 마젤란 광학 망원경으로 관찰한 결과, 암흑 물질은 분명히 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 천문학자들은 암흑 물질을 구성하는 요소가 정확히 무엇인지 모릅니다. 대부분의 주장에 따르면 성간 물질의 일부로 암흑 물질이 포함됩니다.
예를 들면, 중성미자(neutrinos)로 알려진 아원자 입자는 우주에 매우 많이 퍼져 있습니다. 1998년에 천문학자들은 질량이 작다는 것이 과연 질량이 없다는 뜻인지에 관해 물리학자들 사이에서 수십 년 동안 이어졌던 논쟁을 종식시켰습니다. 이제는 각 중성미자의 질량은 너무 작아서 중성미자는 우주 암흑 물질의 최대 5 분의 1을 차지할 수 있다고 간주됩니다. 그러나 다른 연구에 따르면 일반적으로 '겁쟁이(약하게 상호 작용하는 거대 입자)'라고 하는 알려지지 않은 종류의 입자가 은하 주변 공간에 스며들 수 있습니다. 그들은 중력에 의해 구름 속에서 함께 붙들 수 있습니다. 암흑 물질을 구성하는 요소는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다.
암흑 물질은 우주의 운명을 결정하는 데 중요한 역할을 해온 것으로 오랫동안 생각되어 왔습니다. 우주의 기원과 진화에 관해 가장 널리 받아들여지는 이론은 빅뱅 이론으로, 우주의 확장 과정에 대한 설득력 높은 가설을 제공합니다. 한 가지 질문은 우주가 영원히 팽창할 것인지, 빅뱅의 힘에 의해 추진될 것인지, 아니면 결국 팽창을 멈추고 자신의 중력에 의해 수축하기 시작할 것인지입니다. 마치 공중으로 던져진 공이 결국 방향을 바꿔 하강하는 것처럼 말입니다. 결정적인 요소는 우주의 질량입니다. 질량이 많을수록 전체 중력이 커집니다. 1995년 경부터 현재까지 수집된 과학적 증거에 따르면 우주의 팽창은 느려지지 않고 가속화하고 있습니다.
관측된 가속도를 설명하기 위해 물리학자들은 우주에 퍼져 있고 실제로 사물을 함께 유지하는 것보다 분리하는 데 도움이 되는 암흑 에너지의 존재를 가정했습니다. 에너지와 물질은 상호 교환이 가능하기 때문에 우주의 암흑 물질 중 일부는 전혀 물질이 아닌 에너지로 판명될 수 있습니다.