얼마전에 WMAP의 뒤를 이어 발사된 플랑크(Planck) 위성이 관측한 우주배경복사(CMBR)에 대한 관측결과 발표가 있었습니다.
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이번 결과 : 물질 4.9% / 암흑물질 26.8% / 암흑에너지 68.3%
기존 암흑물질(dark matter) 22.7%, 암흑에너지(dark energy) 72.8%에서 많이 변했네여~
그만큼 아직 우주론 분야에서는 우리의 지식이 불안전한 상태라고 저는 생각합니다.
간단하게는 우리가 모르는 물질이 여전히 95.1% 수준이기에~
그런데, 개인적인 생각으로는 이번 결과에는 매우 중요한 시사점도 있다고 생각합니다.
바로 이 문구인데여~
1. 플랑크 위성의 CMBR 관측결과
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또 하나 주목할만한 사실은 우주의 물질 분포가 균일하지 않고 멍울이 진 상태로 지구 북반구에서 보이는 우주의 절반에서 차갑고 뜨거운 반점들이 더 많이 관측됐다는 점이다. 플랑크 우주망원경 이전 우주배경복사를 관측했던 나사의 우주망원경 WMAP에서도 이런 패턴이 관찰됐지만 당시에는 분석 오류나 은하수에 의한 오염에 따른 것이라는 주장이 제기되며 논쟁을 부르기도 했다.
관련 영문 기사 :
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우리가 기존에 받아들이고 있었던, 등방성(isotropy)과 균일성(uniformity)이 실제로는 확실하지 않다는 것입니다.
2. 2월달에 우주에서 가장 큰 거대구조라고 해서 40억광년의 거대구조가 존재하고, 이것 또한 우주의 등방성과 균일성에 관한 현재 주류의 예측모델에서 벗어남이 알려졌었습니다.
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지름 40억 광년, 정설 뒤집는 ‘우주 최대 구조’
http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20130116601012
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3. 3월달에 있었던 암흑물질과 암흑에너지 관련 물리학자들의 대담형식의 기사중 일부
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[ 아인슈타인 홀린 암흑의 힘, 비밀 열쇠는 ‘제5원소’? ]
http://www.pressian.com/article/article.asp?article_num=50130301150658
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강양구 : 듣고 보니 상당히 충격적이네요.
황재찬 : 기왕 얘기가 나왔으니 계속해볼게요. 이건 조금 더 심각합니다. 아까 아인슈타인이 1917년 논문에서 정적인 우주를 제안했다고 했지요? 그 논문에서 아인슈타인은 수학적인 단순화를 위해서 우주를 균일하고 등방(等方)한 어떤 곳으로 간주해요. 그러니까 우주 전체로 보면 별들의 분포가 한 쪽으로 몰려 있지 않고 골고루 퍼져 있다는 겁니다. 당시에는 은하가 있는지도 몰랐습니다.
그런데 놀랍게도 아인슈타인이 100년 전에 책상머리에 앉아서 했던 이런 가정을 우주를 연구하는 다수의 과학자가 지금도 공유합니다. 물론 아주 큰 규모에서 그럴 것으로 봅니다. 1998년의 관측 결과 역시 마찬가지에요.
이명현 : 먼저 그 관측 내용을 살펴보죠. 2011년 노벨 물리학상을 받은 세 명의 천문학자는 독립적인 연구를 하는 두 팀에 소속되어 있었습니다. 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 솔 펄뮤터 박사가 이끄는 '초신성 우주론 프로젝트' 팀과 호주 대학교의 브라이언 슈미트 박사와 미국 존스 홉킨스 대학교의 애덤 리스 박사가 이끄는 '고 적색이동 초신성 탐색' 팀이요.
이들은 수십억 광년 떨어져 있는 은하를 탐색해서 초신성을 발견한 다음에, 초신성 관측을 통해서 그 초신성이 속한 은하까지의 거리를 측정했어요. 그랬더니 '은하까지의 거리가 우주 팽창 속도가 일정하다고 가정하고 비교했을 때보다 훨씬 더 멀다(약 15퍼센트)'는 결론에 도달했어요. 우주가 가속 팽창한다고 가정했을 때와는 일치했고요.
황재찬 : 그런데 바로 이 관측도 아인슈타인이 주장한 '균일한 우주'라는 전제를 깔고 있어요. 무엇이 문제인지 암흑 물질과 암흑 에너지를 비교해 볼게요. 암흑 물질의 경우에는 원심력을 상쇄할 만한 중력의 필요성 때문에 빛을 내지 않는 '미지의 무거운 물질'의 존재를 가정합니다. 그게 바로 암흑 물질입니다. 즉 중력 이론은 그대로 두고 물질의 분포를 조절한 것이지요.
그렇다면, 암흑 에너지도 똑같은 가정이 가능하지 않을까요? 수십억 년 전 폭발한 초신성은 수십억광 년 떨어진 큰 규모인데, 우리로부터 이 정도 떨어진 지역에 마침 무엇인지 모르지만 무거운 물질이 잔뜩 모여 있다면 어떻게 될까요? 당연히 그 부분은 밀도가 높을 테고, 당연히 중력도 셀 테니 우주 팽창 속도가 느리지 않겠어요? 그런데 1998년 관측 결과를 해석하는 방식은 어땠나요?
암흑 물질의 경우와는 정반대로 무거운 물질의 분포를 조절하는 대신 중력 이론을 바꾸어서 '미지의 새로운 에너지'를 도입했어요! 그걸 암흑 에너지라고 이름을 붙였고요. 과거나 현재나 가까운 곳이나 먼 곳이나 우주의 물질 분포는 균일하다는 아인슈타인의 가정을 그대로 받아들인 겁니다. 우주 규모에서 특정한 곳에 무거운 물질이 모여 있을 가능성, 즉 불균일한 우주를 인정할 수 없었던 거예요. 그러느니 중력 이론을 바꾸는 편의적인 선택을 한 셈인데, 앞서 얘기했듯이 우주 상수도 아인슈타인이 자신의 중력 이론을 바꾸면서 나온 거잖아요?
강양구 : 뒤통수를 한 대 맞은 느낌인데요. 그런데 실제 관측 결과는 어떤가요? 우주가 균일한가요?
이명현 : 그게 그렇게 간단치 않아요. 현재 SDSS(Sloan Digital Sky Survey) 프로젝트가 진행 중이에요. 은하의 3차원 분포를 확인하는 프로젝트입니다. 이 프로젝트 결과만 놓고 보면 우주의 모습이 전혀 균일하지 않아요. 그런데 그렇다고 해서 '우주가 균일하지 않다'고 결론을 내릴 수도 없는 상황이에요.
왜냐하면 지금까지 거의 60만 개 정도의 은하를 살피긴 했는데, 우주의 균일성을 가타부타 결론을 내리기에는 턱없이 모자란 데이터거든요.
황재찬 : 더 먼 거리의 데이터가 필요합니다. 지금 계획하는 유클리드(Euclid) 프로젝트 는 2019년 발사될 인공위성으로 약 10억 개의 은하 사진과 그 중 1억 개 은하의 공간 분포를 확인할 예정입니다. 사실 그런 데이터가 확보가 되더라도 우주의 균일성을 놓고서 명쾌한 결론을 내릴 수 있을지 모르겠어요. 하지만 한 가지 확실한 건, 현재까지 확보된 데이터만 놓고 보면 우주가 균일하다고 결론을 내리기에 부족하다는 거예요!
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결국, 이와 같은 관측결과들은 우주론적 원리에도 영향을 미치지만,
“공간이 팽창한다”는 관념 또한 재검증 해볼 필요가 있음을 말해주고 있습니다. 만일 공간이 팽창한다면, 균일성과 등방성이 매우 높은 수준에서 유지될 것으로 예측되고 있기 때문입니다.
앞서 저는 [공간은 팽창하지 않는다! 허블법칙의 새로운 증명]에서 3차원 공간상에서 은하들의 움직임을 통하여 허블법칙의 결과를 설명할 수 있다고 증명했고, 나아가서 “우주의 중심”의 방향에 대한 예측을 했습니다. 이 모델이 옳다면 우주는 완전히 균일하지는 않고, 밀한 부분과 소한부분에 대한 어떤 관측결과가 있어야 합니다.
[ 공간은 팽창하지 않는다! – 허블법칙의 새로운 증명 ]
http://icarus2.egloos.com/3305624
[ 우주의 중심을 찾는 방법 ]
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