[아하! 우주] “우주팽창, 가속도가 줄고 있다”

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▲ 우주의 팽창속도는 생각보다 빠르지 않을지도 모른다. 초신성이 발견되기 전인 M82 은하 사진(왼쪽)과 2014년 1월 22일 초신성(오른쪽 동그라미 안) 발견 후의 사진. M82는 큰곰자리의 은하로, 거리는 1000만 광년, 지름은 25,000 광년이다. 모양이 담배 같아 시가 은하라는 별명을 갖고 있다.
출처=NASA



-"암흑 에너지, 생각보다 많지 않다"

대다수의 물리학자들은 우리 우주가 수수께끼와 같은 암흑 에너지로 인해 팽창속도가 가속되고 있다고 믿고 있다. 그러나 그 가속 정도가 생각보다 크지 않을지도 모른다는 주장이 제기되었다.

그 계기는 어떤 유형의 초신성 발견이었다. 이 초신성에 대한 연구 결과는 우주론적인 중요한 문제에 대한 답이 될 수도 있을 것으로 보여지는데, 이른바 빅뱅 이후 우주는 얼마나 빠른 속도로 팽창을 계속해왔는가에 대한 해답이다.

천문학자들이 2014년 1월 22일 M82 은하에서 발견한 초신성은 이전 연구들이 밝힌 우주의 팽창속도가 상당히 하향 조정되어야 한다는 증거를 보여주고 있어 학계의 비상한 관심을 끌고 있다.

미국 애리조나 대학의 연구진은 안시관측과 자외선 관측 이미지를 비교분석한 끝에 오랜 과거에 폭발한 초신성과 근래에 발견된 초신성의 행동 양태는 상당히 다르다는 사실을 발견해냈다.

과거의 초신성은 우리가 알고 있던 것만큼 먼 거리에 있었던 것은 아니며, 따라서 우주의 팽창 속도도 그렇게 빠르지 않았음을 뜻한다. 초신성 폭발은 일정한 유형을 가지고 있어, 우주론자들은 이것으로 우주의 깊이를 재는 추로 사용해왔다.

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▲ M101 나선은하의 가시광선 이미지(왼쪽). M101 은하에서 발견된 초신성. 작대기로 SN 2011fe 초신성을 가리키고 있는 오른쪽 사진은 NASA의 스위프트 위성이 찍었다.
출처=NASA



-작년 M82 은하서 발견한 초신성이 증거

"두 집단의 초신성들이 보여주는 차이는 우연한 것이 아니며, 따라서 우리는 1a형 초신성을 두 개의 그룹으로 분류할 수밖에 없었다"고 밝히는 천문학자 피터 밀른 박사는 "하나는 우리에게 가까운 소수의 초신성 그룹, 또 하나는 먼 거리에 있는, 그러니까 우주가 더 젊었을 때 폭발한 다수의 초신성 그룹"이라고 설명한다.

일정한 광도로 빛나는 1a형 초신성들의 거리를 측정함으로써 우주의 팽창이 가속되고 있다는 사실을 밝혀낸 브라이언 P. 슈미트 등 세 사람의 과학자들이 2011년 노벨 물리학상을 받았다.

이들은 독자적으로 초신성들의 광도를 측정한 결과, 그 광도들이 예상치보다 훨씬 낮다는 것을 발견하고, 이것은 우주가 일정 속도로 팽창되는 게 아니라 가속 팽창되고 있는 때문이라는 결론을 내렸다. 이에 따르면, 어떤 알 수 없는 힘이 점점 빠른 속도로 은하들을 떼어놓고 있다는 뜻이다.

"이 결론은 모든 1a형 초신성은 같은 광도를 갖고 있다는 전제가 깔려 있다. 그 초신성들이 폭발할 때는 거의 같은 광도로 빛난다"고 밀른 박사는 설명한다. 그의 연구진은 허블 우주망원경의 관측과 미항공우주국(NASA)의 스위프트위성이 수집한 데이터를 이번 연구에 사용했다.

스위프트 위성의 데이터들은 안시측정으로는 판별하기 어려운 미약한 초신성의 적색편이와 청색편이를 분석하는 데 결정적인 역할을 했다.

"가까운 초신성 10개의 적색편이는 먼 초신성 10개에 비해 더 큰 값을 보여준다"고 밀른 교수는 설명한다. 과학자들은 이것이 알려진 것보다 우주 팽창의 가속도가 그리 크지 않다는 것을 뜻하는 것이라고 생각한다. 따라서 암흑 에너지가 지금 계산서에 나와 있는 것보다 크지 않다는 뜻이기도 하다.

"여기서 분명히 밝혀둘 것은 우주팽창이 가속되고 있지 않다는 것은 아니다. 다만 그 가속 정도가 생각보다 빠르지 않다는 뜻"이라고 밀른 교수는 강조한다. "우리의 제안은 우주에 암흑 에너지가 이제까지의 연구에서 밝혀진 만큼 많지 않다는 것이지만, 그 값을 결정하지는 못하고 있다"

이광식 통신원 joand999@naver.com 
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