우주가 가속팽창을 하고 있다는 주장은 2011년에 노벨상을 수상합니다.
우주가 가속팽창 중이라는 주장은 1a 초신성을 이용하여 입증하였습니다.
1a초신성은 두 개의 별, 백색왜성과 동반성으로 이루어진 이중성계인데 동반성의 물질 일부가 백색 왜성으로 들어가며 폭발을 합니다.
이때의 최대 밝기가 일정하기 때문에 1a 초신성을 표준 촛불로 사용하여 은하들까지의 거리를 구할 수 있습니다.
그런데 이러한 방식으로 거리를 측정했을 때 은하들의 거리가 예측한 것보다 훨씬 멀리 있다는 것으로 확인되자 우주가 가속 팽창한다고 생각하게 됩니다.
우주가 갑자기 가속 팽창하는 이유는 암흑에너지를 도입하여 설명합니다. 암흑에너지는 중력에 반대되는 힘으로 밀어내는 알 수 없는 미지의 에너지입니다. 눈으로 보이지 않기 때문에 아직 무엇인지 확인할 순 없습니다.
우주가 가속 팽창한다는 사실은 지금까지 의심 없이 믿어져 왔으나 최근 천문우주과학과 은하진화연구센터의 이영욱 교수팀은 연구를 통해 현재의 우주가 가속팽창이 아닌 감속팽창 중이라는 결과를 발표했습니다. 현재의 우주가 가속팽창 중이 아니라는 주장은 가속팽창의 근거로 내세운 1a초신성의 밝기가 일정하지 않다는 사실을 확인했기 때문입니다.
우주는 초기에는 물질의 밀도가 높았지만 점점 우주가 팽창하면서 밀도가 낮아지고 있습니다. 이러한 환경의 차이가 당연히 별에게도 영향을 주기 때문에 우주 초기의 초신성과 현재 초신성의 밝기는 차이가 난다는 것입니다. 따라서 우주의 진화 과정에서 별의 질량이 달라지고 1a 초신성의 밝기에 차이를 보이는데 젊은 별은 밝고 나이가 든 별의 경우에는 더 어둡다는 사실을 바탕으로 이 교수팀은 초신성이 폭발한 은하 약 300개를 분석했고 그 결과 신뢰도 99.999%를 가지며 초신성의 밝기 차이가 나타남을 확인했습니다.
1a 초신성의 밝기가 일정하지 않는다는 가정 하에 우주의 팽창을 확인한 결과 우주는 현재 빠르게 멀어지는 가속팽창이 아닌 천천히 멀어지는 감속팽창 단계에 있다는 것입니다.
현재의 우주가 감속 팽창 중이라면 앞으로의 우주는 어떤 결말을 맞이하게 될까요? 우주가 가속팽창을 한다고 했을 때 많은 사람들이 생각한 우주의 종말은 우주가 계속 팽창함에 따라서 온도가 절대온도에 가까워지며 모든 활동이 마치 얼어붙은 것과 같이 멈추게 되는 빅 프리즈였습니다. 혹은 우주의 팽창률이 너무 커서 결국 모든 것을 찢어버리는 빅 립을 상상하기도 하며, 우주가 팽창했다가 수축하며 우주가 붕괴되며 종말을 맞이하는 빅 크런치를 예상하기도 했습니다. 일부는 우주가 팽창했다가 수축하는데, 그 과정을 계속 반복하는 빅 바운스를 주장하기도 합니다.
상상할 수 있는 모든 우주의 끝이 썩 유쾌하진 않지만 과거를 연구하고 있기 때문에 이러한 미래를 상상할 수 있는 것이겠지요? 우주의 진화 단계에 따라 먼 미래의 우주는 어떠한 결말을 맞이할지 걱정이 되지만 한편으로는 우리가 맞이할 해답 역시 기대가 됩니다.
출처
1a 초신성 사진 출처: translation of File:Progenitor IA supernova.svg
참고문헌: https://academic.oup.com/mnras/article/544/1/975/8281988