+ 베일 속 ‘암흑 에너지’, 실제는 존재하지 않는다? / 별의 심장박동을 듣다

 

 

 

[아하! 우주]

베일 속 ‘암흑 에너지’, 실제는 존재하지 않는다?

입력: 2016.10.26

▲ 1a형 초신성 0509-67.5의 잔해. 허블 망원경과 찬드라 X선 망원경의 자료로 합성한 모습.

(사진=NASA) 

새로운 연구에 따르면 우주는 가속팽창을 하지 않고 있을지도 모른다. 이는 곧 가속팽창의 페달 역할을 하는 '암흑 에너지'가 존재하지 않을 수도 있다는 뜻이다. 이것이 새 연구가 주장하는 핵심이다.

2011년 두 연구팀에 속하는 3명의 우주론자들은 '독립적으로 멀리 있는 1a형 초신성들이 가까이 있는 초신성들에 비해 더욱 빨리 후퇴하고 있다'는 관측사실에 근거해 우주의 가속팽창을 증명함으로써 노벨물리학상을 받았다.

초신성의 질량이 무거운 별이 폭발로 종말을 맞는 현상으로, 특히 1a형 초신성은 일정한 광도를 가지고 있어 우주의 거리를 알려주는 지표로, 표준촛불이라고 한다.

1990년대 말에 발표된 이 놀라운 관측결과는 우주의 가속팽창을 이끄는 어떤 힘이 전 우주공간에 퍼져 있음을 강력하게 시사하는 것이었다. 만약 그러한 힘이 없다면 138억 년 전 빅뱅에서 출발한 우주가 그처럼 가속팽창을 할 이유가 없는 것이다. 오히려 은하와 블랙홀 그리고 우주를 채우고 있는 다른 물질들의 중력으로 인해 팽창속도가 점차 느려져야 한다는 게 정상이다.

우주를 가속 팽창시키고 있는 것으로 믿어지는 이 정체불명의 힘을 과학자들은 '암흑 에너지'라 불렀다. 아직까지도 이 암흑 에너지의 정체는 밝혀지지 않고 있는데, 물리학자나 천문학자들에게 이보다 갑갑한 문제는 없을 것이다.

그런데 지난 21일(현지시간) 사이언스리포트 온라인판에 발표된 새 연구는 노벨상을 받은 우주 가속팽창 연구에 대해 의문을 제시하고 있다. 덴마크 코펜하겐 대학 닐스 보어 연구소 소속의 J. T. 닐슨 대표저자와 그의 동료들은 740개의 초신성에 대해 앞의 연구자들이 사용했던 것과는 다른 이론 틀로 분석했다.

닐슨 팀은 노벨상을 받은 앞의 연구자들은 70개 남짓한 1a형 초신성을 대상으로 관측했을 뿐이라고 지적했다.

새 연구가 분석한 결과, "암흑 에너지와 가속팽창을 연결한 앞선 연구자들의 결론은 '미약한 증거'에 기초하고 있다. 앞선 연구자들이 내놓은 가속팽창의 증거는 기껏해야 '3 시그마'에 지나지 않는데, 이는 새 발견의 기본 중요도의 기준인 '5 시그마'에 훨씬 미치지 못하는 것"이라고 옥스퍼드 대학의 수비르 사르카르 공동저자가 주장했다.

그는 이어서 "물론 우리의 분석이 틀릴 수도 있지만, 가속팽창이 암흑 에너지가 유발하는 것이라고 단정짓는 것은 지난 1930년대에 확립된 지나치게 단순화한 이론 모델로 데이터를 분석한 결과 빚어진 오류일 가능성이 많다."고 덧붙이면서 앞으로 후속 연구에 의해 보다 확실한 사실이 밝혀질 것이라고 전망했다. 이에 대한 첫 반론은 미국 오하이오 주립대학 천체물리학자인 폴 서터에게서 나왔다. 그는 1a형 초신성의 움직임이 암흑 에너지 존재를 증명하는 유일한 증거는 아니라고 강조하면서, "우주 전역에서 관측되는 우주배경복사의 진동이나, 물질밀도의 변화를 보여주는 바리온 음향 진동 등은 암흑 에너지가 없었다면 오래 전에 사라졌을 것"이라고 주장했다.

그는 또 "암흑 에너지가 존재한다는 증거는 이밖에도 많다"면서 새 연구의 저자들이 이러한 요소를 의도적으로 회피하고 있다"고 지적했다.

그러나 서터 교수는 이 논문이 암흑 에너지를 연구하는 데 있어 초신성 데이터를 사용하는 방법을 개선하는 성과를 거두었다고 긍정적으로 평가했다.

나우뉴스 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20161026601021§ion=&type=daily&page=

[아하! 우주]

우주의 비밀 품은 별의 심장박동을 듣다

입력: 016.10.26

▲ 케플러 우주망원경을 통해 발견한 쌍성계의 밝기 변화는

마치 심전도 그래프처럼 보인다. (사진=NASA) 

천문학자들은 오래전부터 별의 밝기가 주기적으로 변하는 변광성을 연구해왔다.

별의 밝기가 변하는 이유는 매우 다양하다. 가장 고전적인 변광성은 어두운 동반성(星)에 의해 가려지는 경우지만, 그 이외에도 여러 가지 이유로 별의 밝기가 변할 수 있다.

미세한 밝기 변화의 대표적인 이유는 바로 그 앞을 지나는 행성에 의한 것이다. 미항공우주국(NASA)의 케플러 우주 망원경은 이런 미세한 밝기 변화를 포착해서 수많은 외계 행성을 포착했다. 케플러 관측 데이터는 외계 행성 연구를 한 단계 끌어올렸다고 해도 과언이 아닐 만큼 큰 공헌을 했다.

하지만 이게 다가 아니다. 케플러의 활약은 외계 행성 이외에 다양한 천문학 분야에 걸쳐 있다.

NASA의 과학자들은 2011년 케플러가 발견한 KOI-54라는 쌍성계가 매우 독특한 밝기 변화를 한다는 것을 발견했다.

이 두 별은 41.8일 주기로 밝기가 변하는데, 그 패턴이 마치 심전도를 보는 것 같았다. 추가 관측을 통해 과학자들은 이 두 별이 매우 근접해서 공전하고 있는 쌍성계라는 사실을 밝혀냈다. 그 거리는 항성 지름의 몇 배에 불과했다. 따라서 개념도에서 보는 것처럼 서로의 중력에 의해 잡아 당겨져 달걀 같은 타원 모양을 하고 있다. 과학자들은 이를 '심박동별'(heartbeat star)이라고 불렀다.

이후 추가 관측을 통해서 케플러 우주 망원경은 총 17개의 심박동별 후보를 추가로 발견했다. 그리고 NASA의 과학자들은 지상의 망원경과 추가 관측 데이터를 사용해서 최종적으로 19개의 심박동별의 질량 및 궤도를 확인할 수 있었다. 상당수 심박동별은 태양보다 크고 뜨거운 별로 아마도 같은 성운에서 탄생한 동반성으로 생각된다.

심박동별의 존재만으로도 매우 독특한 일이지만, NASA와 SETI의 연구팀은 이 별이 세 번째나 네 번째 동반성을 거느릴 수도 있음을 발견했다. 동시에 근접한 두 별이 어떻게 합쳐지지 않고 안정적으로 존재할 수 있는지, 그리고 주변에 행성이 형성될 수 있는지 등 여러 가지 의문점들이 남아 있다.

앞으로 이를 밝히기 위해 과학자들은 망원경으로 별의 '고동 소리'를 더 들어볼 것이다.

나우뉴스 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20161026601003§ion=&type=daily&page=