노벨물리학상,우주팽창 과속화란?

 

노벨물리학상, 초신성 관찰을 통한 우주팽창 가속화란?

뉴시스 | 김훈기 | 입력 2011.10.04 20:52 | 누가 봤을까? 50대 남성, 울산

【서울=뉴시스】김훈기 기자 = 2011년 노벨 물리학상 수상자로 선정된 사울 펄무터(52)와 브라이언 슈미트(44), 아담 리스(42) 등 3명. 이들은 초신성 관찰을 통해 우주의 가속화하는 팽창을 발견한 공로가 인정됐다.

이들이 초신성을 관찰해 밝혀낸 우주 팽창 가속화는 기존 과학자들의 통념을 뒤집는 연구 결과였다. 기존 연구자들은 지금으로부터 137억 년 전 '빅뱅'(대폭발)으로 생겨난 우주가 지금도 팽창하지만, 팽창 속도는 점차 느려질 것으로 예상했다.

하지만 펄무터 교수는 1988년부터, 슈미트 교수와 라이스 교수팀은 1994년에 별도의 팀을 꾸려 우주의 팽창 속도를 경쟁적으로 연구해 기존과 달리 우주 팽창이 느려지는 것이 아니라 가속화한다는 것을 규명했다. 이 연구결과는 기존 천문학을 근본부터 뒤집는 결과였다.

이들 3명의 연구진들이 우주 팽창 속도를 측정하는 데 도구로 삼은 대상이 바로 초신성이었다. 초신성(超新星)은 일반적인 신성보다 1만 배 이상의 빛을 내는 신성으로 질량이 큰 별이 진화하는 마지막 단계다. 급격한 폭발로 엄청나게 밝아진 뒤 점차 사라지는 특성을 갖고 있다.

3명의 수상자들은 초신성의 특징에 착안, 지구에서 50광년(1광년은 빛이 1년간 가는 거리) 떨어진 초신성 50여개를 발견해 관측했다. 그 결과 초신성들이 폭발하면서 내뿜은 빛이 기존 학설과 달리 밝기가 예상보다 점점 어두워지는 것을 알아냈다.

배의 속력이 높을수록 등대의 밝기가 어두워지는 원리와 같다. 초신성의 밝기가 예상보다 어둡다는 의미는 우주 팽창의 속도가 당초 예상보다 빠르다는 뜻이다.

노벨상위원회는 이들 3명의 연구진이 각각 따로 연구한 결과가 맞아떨어진 것에 주목했다. 위원회는 "이들은 초신성이라고 불리는 수많은 폭발하는 별들을 연구했고 우주가 가속화하는 팽창을 발견했다"며 "정말로 놀라운 일이었다"고 강조했다.

이어 "100여 년간 우주는 140억 년 전 빅뱅 때문에 팽창한 것으로 알려졌지만 이들은 반대로 팽창이 가속화되고 있다는 놀라운 발견을 했다"며 "만일 폭발이 계속된다면 우주는 얼어서 끝나게 될 것"이라고 설명했다.

이명균 서울대 물리천문학부 교수는 "우주 팽창 속도가 점점 높아진다는 사실에서 우주를 팽창시키는 에너지원을 찾기 위해 과학계가 매진했지만 아직 우주를 팽창시키는 에너지에 대한 정확한 실체를 규명하지 못해 과학계는 '암흑에너지(dark energy)'라 부른다"고 설명했다.

이 같은 가속 현상의 원인은 암흑에너지로 여겨지고 있다. 하지만 암흑에너지의 정체는 아직 물리학의 최대 수수께끼 중 하나로 남아 있다. 암흑 에너지는 우주의 4분의 3을 차지하는 것으로 알려져 있다.

이들의 발견이 갖는 중요성도 여기에 있다. 지금까지 알려지지 않았던 우주에 대해 많은 부분을 규명하는데 기여했기 때문이다. 이는 모든 것이 가능해졌다는 의미이기도 하다.

펄무터는 버클리 캘리포니아대, 리스는 존스홉킨스대 교수로 재직중이다. 슈미트는 호주국립대(ANU) 교수로 미국·호주 이중국적자다. 펄무터는 1988년부터, 슈미트는 지난 1994년부터 각각 연구진을 꾸려 연구를 했다. 리스는 슈미트의 연구진에서 핵심 역할을 했다.

bom@newsis.com

 

 

빅뱅이후 우주운명 예측…

우주는 줄어들지 않고 계속 늘어난다

기사입력 2011-10-05 03:30 

노벨물리학상에 펄머터 등 3人… 우주 가속팽창 규명

별의 마지막 순간인 초신성 밝기 관찰

끌어당기는 중력과 반대인 밀어내는 암흑에너지 예견… 아인슈타인 우주론 입증

우주는 팽창했다가 한계에 달한 어느 순간 다시 줄어들 것인가, 아니면 지속적으로 늘어날 것인가.

올해 노벨 물리학상 수상자들은 최후의 순간에 빛을 내며 소멸하는 별을 관측해 천체물리학계의

오랜 의문으로 남아 있던 두 가설 중 우주가 점점 더 빨리 팽창하는 것이 진실이라는 것을 밝혀냈다.

 

우주는 지금으로부터 137억년 전 '빅뱅(big bang)'이라는 대폭발에서 시작됐다. 그때부터 우리가

알고 있는 세상 만물이 만들어지기 시작했다.

질량이 있는 물질은 서로 끌어당기는 힘, 즉 중력(重力)을 갖고 있다. 과학자들은 빅뱅 이후 우주에

점점 물질이 가득 차면 어느 순간 그 물질들 사이에 중력이 작용해 우주가 다시 빅뱅 초기처럼 한

점으로 모여들 것으로 생각했다. 박창범 고등과학원 교수는 "우주가 일순간에 팽창했다가 점점 중력

때문에 팽창 속도가 느려지면서 결국 줄어들 것이란 예측이었다"고 설명했다.
올해 노벨물리학상 수상자 세 명은 '초신성(超新星·supernova)' 관측을 통해 기존에 과학자들이 말하

던 우주의 운명이 맞는지 확인했다. 초신성은 별이 수명을 다해 최후를 맞을 때 갑자기 100만배나

밝아지는 것을 말한다. 박창범 교수는 "초신성의 빛이 어느 정도 밝은지에 따라 지구에서 얼마나 떨어

져 있는지 거리를 알 수 있다"며 "초신성은 우주 연구에서 거리를 재는 이른바 '표준 척도'로 쓰인다"

고 말했다.

등대에서 멀어질수록 등대 불빛은 어둡게 보인다. 따라서 현재 눈에 보이는 밝기와 등대 불빛의 절대

적인 밝기를 비교하면 나와 등대 사이의 거리를 알 수 있는 것과 같은 이치다.
펄머터 교수는 1988년부터, 슈밋·리스 교수팀은 1994년부터 각각 별도의 팀을 꾸려 지구로부터 100억

광년(1광년은 빛이 1년간 달린 거리) 떨어진 초신성 50개를 관측했다. 이 초신성들은 지구만한 크기지

만 빛은 은하 전체와 맞먹는다. 절대적 밝기를 아는 것이다.

왼쪽부터 솔 펄머터, 브라이언 슈밋, 애덤 리스.

기존 이론은 빅뱅이후 우주의 팽창속도가 일정하다고 보았다. 연구진은 그에 따라 초신성의 거리와

밝기를 예측했다. 그런데 실제로 관측한 초신성은 그보다 더 어두웠다. 즉 우주가 점점 더 빨리 팽창

하면서 초신성이 예상보다 멀어졌기 때문에 더 어둡게 보인 것이다. 우주가 예상보다 더 빠른 속도로

계속 팽창하고 있었던 것이다.

세 사람의 발견은 아인슈타인의 예측을 입증하는 것이기도 했다. 아인슈타인은 1917년 천체 간의

중력에 맞서 천체들을 밀어내는 힘인 척력(斥力)이 있어 힘의 균형을 이룬다는 가설을 내세웠다.

또 자신의 우주 방정식에 척력의 세기를 좌우하는 '우주 상수'도 도입했다. 우주 팽창은 아인슈타인

이 말한 척력이 분명히 존재함을 보여주는 증거이다. 밀어내는 힘이 있어야 계속 우주가 팽창할 수

있기 때문이다.

아인슈타인이 말한 척력은 오늘날 '암흑 에너지(dark energy)'로 불린다. 우주의 74%는 암흑 에너지

이며 22%는 질량은 있으나 빛을 내지 않는 암흑 물질로 추정되고 있다. 우리가 아는 빛을 내는 물질

은 우주의 나머지 4%에 불과하다.

양홍진 한국천문연구원 박사는 "우주 팽창 속도가 빨라졌다는 것은 팽창하는 힘이 중력을 이긴다는

것으로, 중력이 존재해도 우주가 계속 팽창할 가능성이 크다는 얘기"라며 "이 같은 우주론이 바로 이

세 과학자의 연구를 바탕으로 최근 15년 사이 새로 정립된 것"이라고 밝혔다.

☞ 초신성(超新星·super nova)

태양처럼 스스로 빛나는 별(항성)이 수명이 다한 상태에서 갑자기 큰 폭발을 일으키며 순식간에 100

만배가량 밝아지는 것. 사실은 죽음을 앞둔 별의 마지막 모습이지만 마치 새로 생겨난 별처럼 환하게

밝다고 해서 ‘초신성(超新星)’이라 불린다.

☞ 암흑 에너지(dark energy)

우주에서 밀어내는 힘을 가진 에너지. 질량을 가진 물질 사이에 서로 끌어당기는 중력만 있다면 우주

가 한 점으로 수축했겠지만, 우주는 계속 팽창하고 있는 데서 중력보다 더 강한 밀어내는 힘이 있을

것으로 생각해 고안해낸 개념이다.

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 

우주 암흑에너지 및 우주 팽창 가속화 증명 과학자

노벨 물리학상 수상

 

우주 암흑에너지 통해 우주 팽창 가속화 증명한 과학자 노벨 물리학상 수상

 

우주 암흑에너지 존재를 증명한 과학자 3명이 노벨 물리학상을 수상했다.

스웨덴 왕립과학아카데미는 10월 4일 우주 암흑에너지 존재를 증명하고 우주가 더 빠른 속도로 팽창

한다는 것을 증명한 솔 펄머터 교수와 브라이언 P슈밋 교수, 애덤 G 리스 교수 등 3명을 노벨 물리학

상 수상자로 선정했다고 밝혔다.

이들은 지난 1998년 우주의 팽창이 가속화되고 있다는 사실을 밝혀냈다. 연구진들은 가까운 우주부터

먼 우주에 있는 초신성들이 멀어지는 속도를 관측한 결과 이같은 결론을 냈다. 이전까지는 우주가

팽창하는 속도가 일정했다고 여겨졌기에 당연히 초신성이 멀어지는 속도도 일정해야했다. 하지만

이들이 관찰한 결과 초신성이 멀어지는 속도는 점점 빨라졌다.

연구진들은 이를 암흑에너지라고 명명했다. 이 암흑에너지는 우주 팽창을 가속시키는 원동력이 된

것이라고 여겨졌다.

이들은 기존의 우주 팽창 속도 등을 뒤집은 과학 상식을 뒤집어 큰 공로를 세운 공을 인정받아 노벨

물리학상을 수상하게 됐다.