우주 팽창 가속(정의와 배경, 측정 방법, 의의)

이번 글에서는 우주 팽창 가속에 대해 알아보겠습니다.

정의와 배경

우주 팽창 가속은 현대 우주론에서 중요하게 다뤄지는 주제입니다. 이는 기존의 정적 우주론에 반하는 이론으로, 우주가 팽창하고 있을 뿐만 아니라 팽창하는 속도까지 빨라지고 있다는 주장입니다. 우주 팽창이라는 개념은 20세기 초에 에드윈 허블의 연구를 통해 처음으로 제기되었습니다. 그는 관측을 통해 여러 은하가 지구로부터 멀어져가고 있다는 사실을 확인했습니다. 허블의 법칙에 따르면, 은하가 멀어지는 속도는 그 은하와의 거리와 비례합니다. 멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 멀어진다는 것입니다. 다시 말하면, 우주 팽창이란 우주 전체가 점점 더 넓어지고 있다는 개념입니다. 우주 팽창의 속도가 시간이 지남에 따라 변할 수 있다는 것은 1998년 확인되었습니다. 초신성 관측 결과 우주의 팽창 속도가 증가하고 있다는 사실을 발견한 것입니다. 우주 팽창이 가속되는 주요 원인으로는 ' 암흑 에너지'가 있습니다. 암흑 에너지는 우주의 가속 팽창을 설명하기 위해 이론상으로 정의 된, 정체를 알 수 없는 에너지입니다. 기존 이론에 따르면, 팽창하는 우주 속 서로 멀어지는 은하들 사이의 상대속도는 은하 간의 중력 작용으로 인해 점점 줄어들어야 합니다. 즉 우주의 팽창속도는 점점 줄어들어야 합니다. 하지만 감소하기는 커녕 가속화 되고 있다는 것이 밝혀졌고 이를 설명하기 위해서는 정체를 알 수 없는 어떠한 에너지가 존재하고 있다고 볼 수밖에 없는 것입니다. 아직까지는 이 미지의 에너지가 정확히 무엇인지, 그리고 어떻게 작용되는지 밝혀지지는 않았으나 현재도 활발히 연구 중에 있습니다.

측정 방법

우주의 팽창 속도를 측정하는 방법은 여러가지가 있습니다. 먼저 가장 기본적인 허블의 법칙에 대해 알아보겠습니다. 허블의 법칙에 따르면 은하의 후퇴속도 V는 그 은하와의 거리 D와 비례합니다. 허블 상수는 현재의 우주 팽창 속도를 나타내는 상수입니다. 적색편이는 은하에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 분석하여 측정하는데, 이 적색편이는 은하가 멀어질수록 증가합니다. 이를 통해 우리는 은하의 후퇴속도를 계산할 수 있습니다. 또한 세페이드 변광성 등 은하와의 거리를 측정하는 방법으로 거리를 구합니다. 여러 은하에 대해 속도와 거리를 측정한 후, 계산식에 넣어 허블 상수를 계산합니다. 다음 측정 방법은 초신성 관측입니다. la형 초신성은 특정한 밝기를 가지므로 초신성이 가진 절대 밝기와 관측 밝기를 비교합니다. 이를 통해 초신성이 발생한 시점과 후퇴 속도를 측정하여 허블 상수를 계산합니다. 또 다른 측정방법은 우주 배경 복사입니다. 우주 배경 복사를 분석하여 초기 우주의 상태와 팽창속도를 추정하고, 이를 기반으로 우주 모델을 모델링합니다. 초기 우주에서 시간이 흐른 지금의 우주 팽창률을 도출해냅니다. 마지막으로 은하 군집 관측을 통한 측정 방법입니다. 은하 군집의 중력 렌즈 효과를 이용해 질량을 추정하고, 그 분포와 속도를 분석해서 우주 팽창 속도를 추론합니다. 이러한 방법들을 통해 과학자들은 수많은 관측결과를 통해 우주 팽창의 속도를 계산하고 허블 상수를 점점 정밀하게 측정해가며 보다 정확한 측정 결과를 도출해내고 있습니다.

의의

우주론적 관점에서 우주 팽창 가속은 매우 중요한 이론입니다. 앞서 살펴본 암흑에너지가 어떤 특성을 띄고 있고, 어떻게 작용되냐에 따라 우주의 구조와 미래에 관한 우리의 연구 방향과 생각이 크게 달라질 수 있습니다. 또한, 우리가 지구에 사는 생명체로서 지금까지 밝혀온 물리 법칙과는 다른 미지의 법칙, 물질들이 존재할 수 있다는 사실은 우주 속에서의 우리의 존재에 대해 다시 한번 생각해보게 합니다. 우주가 이 이론대로 계속해서 팽창하고, 그 팽창하는 속도가 점점 가속화 된다면 결국 아주 먼 미래에 모든 은하는 서로에게서 멀리 떨어져 소멸하게 될 것입니다. 열적 죽음은 우주의 종말 시나리오 중 하나로, 운동이나 생명을 유지할 수 있는 에너지가 소멸한 상태를 말합니다. 물리학적으로 보면 우주 전체의 엔트로피가 최대가 된 상태입니다. 에너지가 소멸되고 새로운 별이 태어날 물질도 더 이상 존재하지 않을 때, 남는 천체는 중성자별, 블랙홀 뿐이라고 추정됩니다. 시간이 지나면 이 블랙홀 또한 소멸하고 사실상 우주 공간에는 아무것도 남아있지 않게 됩니다. 이렇게 아무것도 남지 않은 우주의 상태를 열적 죽음이라고 합니다. 초기 우주가 매우 고온에 고밀도였던 것을 생각해보면 현재 우주는 그 때보다 점점 더 팽창하며 식어가고 있습니다. 이런 현상을 보았을 때 앞으로 긴 시간이 지난 후에는 정말로 우주의 죽음이 오게 될 것입니다. 인류의 미래를 위해서 우주에 대해 더 많은 것을 이해하고 발견하는 것이 중요합니다. 이러한 이유로 우주 탐사 기술의 중요성은 더 커질 것이며 우주에 대한 연구는 더욱 활발해질 것입니다.

 

이번 글에서는 우주 팽창 가속에 대해 알아보았습니다. 세계의 많은 사람들이 신비로운 우주에 대해 흥미를 갖고 더욱 많은 것을 발견하여 인류의 미래에 긍정적인 영향을 미치길 바랍니다.