現代 標準 宇宙論 모델은 約 138億年 前 大爆發人 '빅뱅'을 始作으로 宇宙가 急激히 膨脹하며 어떻게 進化했는지 說明한다. NASA, WMAP Science Team 提供
約 138億 年 前 大爆發을 통해 宇宙가 誕生해 膨脹하고 있다는 '빅뱅理論'을 中心으로 한 現代 標準 宇宙論이 거센 挑戰을 받고 있다. 天文學者들이 旣存 宇宙論으로는 說明하기 어려운 天體 觀測 結果들을 續續 내놓고 있기 때문이다. 標準 宇宙論의 有效期間이 事實上 끝나 修正이 必要하다는 목소리가 나온다.
英國王立學會는 15~16日(現地 時間) 이틀間 '標準 宇宙論 모델에 挑戰하다'를 主題로 會議를 열었다. 最近 현대 標準 宇宙論과 맞지 않는 硏究 結果들이 잇따라 發表되며 旣存 理論에 疑問을 提起하려는 天文學者들이 한자리에 모인 것이다. 2019年 노벨物理學賞을 받은 제임스 피블스 美國 프린스턴대 名譽敎授 等 著名한 天文學者들이 參席했다.
現在 標準 宇宙論 모델인 '람다 차가운 暗黑物質(LCDM) 宇宙論'은 138億 年 前 大爆發人 '빅뱅'을 始作으로 宇宙가 急激히 膨脹해 어떻게 進化했는지 說明한다. LCDM에 따르면 宇宙에는 物質과 아직 正體가 明確히 밝혀지지 않은 暗黑物質, 暗黑에너지가 存在한다. 物質과 暗黑 物質은 宇宙의 膨脹 速度를 늦추지만 暗黑에너지는 宇宙 膨脹을 加速한다. 손우현 韓國天文硏究院(KASI) 理論天文센터 硏究員은 "標準 宇宙論 모델은 그동안 觀測 데이터와 잘 맞아떨어져서 사람들의 支持를 받았다"고 說明했다.
會議의 共同 主催者인 수비르 사르카 英國 옥스퍼드大 物理學科 敎授는 "宇宙論은 1922年에 公式化된 모델을 使用하고 있다"며 "標準 宇宙論 모델에 對한 믿음이 '宗敎'로 取扱되고 있는데 理論的 根據는 有效 期間이 지난 것으로 보인다"고 덧붙였다.
會議에서는 標準 宇宙論으로 說明되지 않거나 標準 宇宙論과 맞지 않는 硏究 事例들이 主로 紹介됐다. 宇宙 觀測 技術이 發展하고 硏究 規模가 커지면서 導出된 硏究 結果들이 標準 宇宙論과 '엇拍子'를 내고 있다.
代表的인 게 허블常數의 計算값을 두고 論爭하는 '허블 葛藤'이다. 허블常數는 宇宙가 膨脹하는 速度를 나타내며 宇宙 나이와 反比例한다. 허블常數가 커지면 相對的으로 宇宙의 나이는 적어진다. 웬디 프리드먼 美國 시카고大 天文學 및 天體物理學部 敎授는 會議 첫날 "最近 제임스웹 宇宙望遠鏡(JWST) 觀測으로 測定한 허블常數가 메가파섹(Mpc·1pc은 約 3.26光年)當 69.1km/s"라고 發表했다. 이는 1메가파섹(藥 300萬 光年) 떨어져 있는 銀河들이 69.1km/s의 速度로 서로 멀어지고 있다는 뜻이다. 유럽宇宙局(ESA)의 플랑크 衛星이 測定해 2018年 發表한 허블常數人 메가파섹當 67km/s과는 差異가 있다.
애덤 리스 美國 존스홉킨스대 物理學 및 天文學과 敎授팀도 프리드먼 敎授팀의 硏究와 같은 類型의 3가지 天體를 JWST로 觀測해 허블常數가 메가파섹當 最小 73km/s라는 硏究 結果를 올해 公開했다. 같은 宇宙望遠鏡을 活用한 硏究 結果 2個가 旣存 宇宙論과는 '다른 意見'을 낸 것이다.
宇宙가 全體的으로 큰 規模에서는 均質해야 한다는 標準 宇宙論의 家庭과는 다른 現象도 公開됐다. 네이선 歲크레스트 美國 海軍天文臺 硏究員은 100萬 個 以上의 퀘이사를 分析하자 하늘의 한쪽 半球가 다른 半球보다 鑛員이 0.5%假量 많은 것으로 나타났다는 硏究結果를 發表했다.
콘스탄티노스 美카스 네덜란드 레이던臺 科學部 레이던天文臺 硏究員은 地域的 規模에서 宇宙가 膨脹하는 速度가 空間에 따라 달라 標準 宇宙論의 豫測과 一致하지 않는다는 觀測 結果를 共有했다. 이 밖에도 지름이 13億 光年이나 되는 巨大 天體 '빅 링' 等 旣存 宇宙論으로 說明하기 어려운 觀測 結果에 對한 討論이 이番 會議에서 進行됐다.
韓國天文硏究院(KASI)李 參與한 國際共同 프로젝트인 '暗黑에너지 觀測 프로젝트(DESI)' 硏究팀도 최근 1年値 硏究 成果를 發表하며 暗黑에너지가 固定값이 아니라 時間에 따라 變하는 값일 確率이 約 95%라는 硏究 結果를 내놨다.
旣存 宇宙論에서 暗黑에너지는 일정한 값으로 維持되며 宇宙는 繼續 膨脹한다. 萬一 暗黑에너지가 時間에 따라 變化하는 값이라면 모델을 修正해야 할 수도 있다. 손 硏究員은 "英國에서 열린 會議와 DESI 프로젝트는 直接的인 關聯은 없지만 旣存 宇宙論에 疑問을 提起한다는 點에서 連結點이 있다"고 말했다.
宇宙論에 疑問을 提起한 科學者들은 아직 硏究 데이터가 더 必要하다는 데는 同意한다. 리스 敎授는 "JWST를 活用해 허블常數를 測定한 두 硏究는 旣存 硏究에 비하면 작은 規模"라며 "아직 JWST 데이터에서 結論을 導出하기는 너무 이르다"고 밝혔다. DESI 硏究팀도 "더 많은 데이터를 蒐集해야 새로운 宇宙 모델을 만들어야 할지 判斷할 수 있을 것"이라고 說明했다.
엘레오노라 디 발렌티노 英國 셰필드대 數學 및 統計學部 硏究員은 "現在까지 最少 500個의 새로운 宇宙論 모델이 提案됐지만 모든 觀測값과 兩立할 수 있는 理論은 아직 없다"고 말했다. 프리드먼 敎授는 "標準 모델이 어디서 무너지는지에 對한 探究가 必要하다"고 밝혔다.
