우주의 비밀 풀리나…

 

우주의 비밀 풀리나…

 

새 '우주팽창 속도' 발견우주 역사와 크기에 대한 오차 3% 이내로 줄여

2012-10-04 16:47 | CBS 감일근 기자

 

 

 

 

 

천문학자들이 NASA(미항공우주국)의 스피츠 우주망원경을 이용해 이전보다 훨씬 정확한 우주팽창

속도를 측정해 발표했다. '허블상수'라고도 하는데 빅뱅 이후 끊임없이 팽창하고 있는 우주의 팽창 비율을 나타낸다.

허블 상수는 1920년대 우리 우주가 137억 년 전에 폭발한 이후 끊임없이 팽창해 왔다는 것을 입증해 세계를 놀라게 한 천문학자 에드윈 허블의 이름을 딴 것이다. 1990년대 후반에는 팽창 속도가 시간이 지나면서 가속되고 있다는 사실이 밝혀졌다.

팽창률은 우주의 나이와 크기를 이해하는 데 결정적으로 중요하다.

NASA의 허블망원경은 가시광선을 이용해 우주를 관찰하는 것과 달리, 스피츠 우주망원경은 긴 파장의 적외선을 이용해 관측한다. 이 데이터는 허블망원경에 의해 추정된 것보다 정확성을 훨씬 더 높여 불확실성을 3%까지 낮추었으며, 우주 측정에 있어 큰 도약을 의미한다.

새로 정의한 허블상수는 메가파섹 당 1초에 74.3 ± 2.1km이다.(74.3 plus or minus 2.1 kilometers per second per megaparsec. ) 1 메가파섹은 대략 3백만 광년에 해당한다.

지금까지의 허블상수는 2006년 8월 NASA 찬드라의 관측에 의해 메가파섹 당 1초에 77km로 알려졌으며 15%의 오차 범위를 갖는다. 이번 발견으로 오차의 범위가 15%에서 3%까지 낮아진 것이다.

만약 허블 상수가 100㎞/s/Mpc이라면 우주의 나이는 100억 년 정도이고, 50㎞/s/Mpc이면 150억~ 200억 년 정도가 된다.

NASA 제트추진연구소 과학자로 30년간 이 분야를 연구해온 마이클 워너는 "스피츠우주망원경이 당초 의도했던 것을 뛰어넘는 과학적 결과물들을 얻게 했다."면서 "첫째 외계행성의 대기를 연구하는 능력을 개척했고, 지금은 귀중한 우주론의 도구가 되고 있다"고 말했다.

뿐만 아니라, 이번 발견은 우주론의 최고 불가사의 가운데 하나인 암흑 에너지의 양을 측정하는 NASA의 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐지 위성의 데이터도 결합해 얻은 것이다.

암흑에너지는 중력의 힘을 이기고 우주 팽창을 가속화시키는 힘의 원천으로 추정된다. 이 가속도에 기초해 우주 팽창을 연구한 사울 펄뮤터, 브라이언 P. 슈미트, 애덤 G. 리스 등 3명의 과학자는 지난해 노벨 물리학상을 수상했다.

이번 연구를 이끈 카네기 과학연구소의 웬디 프리드만은 "이것은 거대한 퍼즐이다. 우주론의 근본 문제인 우주의 정확한 팽창비율을 풀기위해, 또 우주의 암흑에너지 총량을 다른 각도에서 측정할 목적으로 스피츠 우주망원경을 이용할 수 있다는 것은 흥미로운 일이다"고 말했다. 프르디먼은 앞서 허블우주망원경을 이용해 허블상수를 측정한 획기적인 연구를 이끈 바 있다.

적외선 탐지기는 세페우스형 변광성으로 불리는 다양한 별들을 보다 잘 볼 수 있도록 우주 먼지의 영향을 받지 않고 관찰할 수도록 함으로써 스피츠가 과거의 허블 상수치를 보다 정확하게 개선할 수 있도록 해주었다고 NASA 본부의 스피츠 프로그램 소속 과학자인 글렌 월그렌이 설명했다.

밝기가 주기적으로 변하는 맥동변광성은 천문학자들이 말하는 우주의 거리를 재는 사다리의 중요한 가로장의 역할을 한다. 맥동변광성처럼 거리를 알 수 있는 물체들이 우리로부터 상호 멀어지는 속도를 계산하면 우주 팽창률을 알 수 있게 되는 것이다.

세페우스형 변광성은 지구로부터의 거리를 쉽게 계산할 수 있기 때문에 허블상수를 계산하는데 중요하다. 1908년 헨리에타 리에빗은 세페우스형 변광성이 그들의 고유 밝기와 직접 관계된 비율로 맥동한다는 사실을 발견했다. 즉 밝기가 변하는 주기와 별의 고유한 밝기 사이에 일정한 관계가 있으며, 밝은 것일수록 주기가 길었다.

이것이 왜 중요한지 알기 쉽게 설명하면, 촛불을 든 어떤 사람이 당신으로부터 멀어지고 있다고 가정하자. 촛불이 멀어질수록 불빛은 희미해질 것이다. 초의 눈에 보이는 밝기는 거리를 나타낸다. 세페우스형 변광성을 우주에서의 표준 양초에 해당한다고 생각하면 된다. 하늘에서 얼마나 밝게 보이냐를 측정해 그 고유의 밝기와 비교하면 지구로부터의 거리를 계산할 수 있는 것이다.

스피츠는 우리 은하수에 있는 10개의 세페우스형 변광성과 인접한 은하인 대형 마젤란운에서 80개의 변광성을 관찰했다. 스피츠 연구팀은 관찰을 방해하는 우주 먼지의 영향을 받지 않고 이들 변광성의 보다 정확한 외관상의 밝기를 측정할 수 있었고, 그 결과 더욱 정확한 거리를 알 수 있었다. 이 데이터는 우주 팽창률에 대한 보다 개선된, 새로운 추정치를 산출할 수 있게 해주었다.

10년 전만 해도 정확성과 우주론의 두 단어는 같은 문장에 사용하는 것이 불가능했다. 그리고 우주의 크기와 나이에 대한 정확성은 50% 정도였다. 그러나 지금은 불과 몇% 이내의 정확성으로 우주를 논할 수 있는 정도로 발전했다.

이번 연구 결과는 천체물리학잡지에 실렸으며 미국 온라인 과학전문 뉴스사이트 사이언스데일 리가 4일 보도했다.