우주는 이미 속도가 느려지기 시작했을 수도 있습니다

이번 연구 결과는 11월 6일에 발표되었습니다. 왕립천문학회 월간 공지“암흑 에너지”로 알려진 신비한 힘이 점점 더 빠른 속도로 은하계를 밀어내고 있다는 오랜 믿음에 의문을 제기합니다. 대신, 연구자들은 우주가 여전히 가속되고 있다는 설득력 있는 증거를 찾지 못했습니다.

만약 확인된다면, 이 결과는 암흑 에너지에 대한 과학자들의 이해를 재편하고, 오랫동안 지속되어 온 “허블 장력”을 해결하는 데 도움을 주며, 우주의 과거와 미래에 대한 이론을 변화시킬 수 있습니다.

우주 둔화에 대한 증거

수석연구원 이영욱 연세대 교수는 “우리의 연구는 우주가 현 시대에 이미 감속팽창 국면에 진입했으며, 암흑에너지는 이전에 생각했던 것보다 시간이 지남에 따라 훨씬 더 빠르게 진화한다는 것을 보여준다”고 말했다.

“이러한 결과가 확인된다면, 27년 전 암흑에너지 발견 이후 우주론의 주요 패러다임 전환이 될 것입니다.”

거의 30년 동안 천문학자들은 일종의 “반중력” 역할을 하는 신비한 힘인 암흑 에너지로 인해 우주의 팽창이 가속화되고 있다고 믿어 왔습니다. 이 결론은 원래 2011년 노벨 물리학상을 받은 발견인 원거리 Ia형 초신성의 측정에 기초한 것이었습니다.

우주의 “표준 양초”를 다시 생각하다

연세대학교의 새로운 연구는 이러한 기초에 도전하고 있습니다. 오랫동안 우주 거리 측정을 위한 신뢰할 수 있는 “표준 촛불”로 여겨졌던 Ia형 초신성은 이를 생성하는 별의 나이에 영향을 받는 것으로 보입니다.

연구팀은 밝기를 표준화한 후에도 젊은 별에서 발생한 초신성은 더 희미하게 보이는 경향이 있는 반면, 나이가 많은 별에서 발생한 초신성은 더 밝게 보이는 경향이 있다는 사실을 발견했습니다. 연구자들은 300개 호스트 은하계의 데이터를 분석하여 놀라운 수준의 신뢰도(99.999%)로 이러한 연령 효과를 확인했습니다.

이는 한때 우주 가속으로 인한 밝기 감소의 일부가 실제로 우주 팽창보다는 별의 인구 차이로 인해 발생할 수 있음을 의미합니다.

새로운 모델의 등장

팀이 이러한 연령 관련 편견을 수정했을 때 초신성 데이터는 더 이상 일정한 형태의 암흑 에너지를 가정하는 표준 ΛCDM 모델에 맞지 않습니다. 대신 DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument) 프로젝트에서 지원하는 최신 모델과 더 밀접하게 일치했습니다.

이 대체 모델은 본질적으로 빅뱅의 고대 음파인 중입자 음향 진동(BAO)과 우주 마이크로파 배경(CMB)의 데이터를 활용합니다. 두 출처 모두 암흑 에너지가 일정하지 않고 대신 시간이 지남에 따라 약해지고 변화한다고 제안합니다.

연구자들이 수정된 초신성 데이터를 BAO 및 CMB 결과와 결합했을 때 증거는 압도적이었습니다. 우주는 더 이상 가속되지 않는 것처럼 보이지만 감속 팽창 단계에 들어갔습니다.

우주는 이미 느려지고 있다

이 교수는 “DESI 프로젝트에서는 보정되지 않은 초신성 데이터와 중입자 음향진동 측정값을 결합해 핵심 결과를 얻었고, 이를 통해 미래에는 우주가 감속하겠지만 현재도 여전히 가속하고 있다는 결론에 이르렀다”고 설명했다.

“반면, 연령 편향 보정을 적용한 우리의 분석은 우주가 오늘날 이미 감속 단계에 진입했음을 보여줍니다. 놀랍게도 이는 BAO 단독 또는 BAO+CMB 분석에서 독립적으로 예측된 ​​것과 일치하지만 이 사실은 지금까지 거의 주목을 받지 못했습니다.”

결과 테스트

그들의 결론을 강화하기 위해 연세대 팀은 소위 “진화 없는 테스트”를 수행하고 있습니다. 이 접근법은 전체 적색편이 범위에 걸쳐 비슷한 연령의 별을 가진 젊은 동시발성 은하의 초신성만을 조사합니다. 초기 결과는 이미 주요 발견을 뒷받침합니다.

이번 연구의 공동 저자인 정철 연구교수는 손준혁 박사과정과 함께 “향후 5년 안에 베라 C. 루빈 천문대가 20,000개 이상의 새로운 초신성 숙주 은하를 발견하면서 정확한 연대 측정을 통해 초신성 우주론에 대한 훨씬 더 확실하고 결정적인 테스트가 가능해질 것”이라고 말했습니다.

베라 C. 루빈 천문대와 우주론의 미래

칠레 안데스 산맥의 높은 곳에 위치한 Vera C. Rubin 천문대는 세계에서 가장 강력한 디지털 카메라를 보유하고 있습니다. 올해 시작된 과학 작업은 태양계와 더 넓은 우주에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 것으로 예상됩니다.

약 138억년 전 빅뱅 이후 우주는 중력에 의해 속도가 느려지기 전에 급속히 팽창했습니다. 그러다가 탄생 후 약 90억년이 지나서 과학자들은 팽창이 다시 가속화되기 시작했다는 것을 발견했습니다. 이는 우주의 약 70%를 차지하는 것으로 추정되는 암흑에너지에 기인한 것으로 보인다.

깊어지는 암흑 에너지의 미스터리

수십 년간의 연구에도 불구하고 암흑 에너지는 여전히 과학의 가장 수수께끼 같은 수수께끼 중 하나입니다. 작년에 애리조나 주 투산에 있는 DESI의 데이터는 암흑 에너지의 영향이 시간이 지남에 따라 변할 수 있음을 암시했으며, 이 아이디어는 이제 연세대 팀의 새로운 결과로 주목을 받고 있습니다.

천문학자들은 DESI 및 Vera C. Rubin Observatory와 같은 첨단 장비를 통해 암흑 에너지가 실제로 무엇인지, 그리고 그것이 우주의 운명을 어떻게 결정하는지 마침내 밝혀내기를 희망하고 있습니다.