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암흑 에너지 덩어리는 첫 번째 별의 비정형적 폭발로 생성.
블랙홀로 위장한 암흑 에너지. 외관으로 구별 안된다.
블랙홀과는 달리 중력에 대항하는 이국적인 구조 내부에 숨겨진 힘.

암흑 에너지가 뭉쳐 있을까?
초기 별의 변칙적 붕괴는 암흑 에너지의 회전하는 "공(Ball)"들을 생성했을 수 있다.

이국적인 물체 :
암흑 에너지는 이전에 생각했던 것과는 다르게 우주에 분포됐을 수 있다.
균일한 장이 아니라 빠르게 회전하는 덩어리 형태다. 이 모델에 따르면, 이 암흑 에너지 덩어리는 첫 번째 별의 비정형적 폭발로 생성되었을 수 있다. 오늘날 그들은 우주의 빈 공간에 숨어 있으며 가속화된 확장을 추진하고 있다.

▲ 우주 발달 과정에서 물질의 큰 구조(파란색)뿐만 아니라 암흑 에너지 덩어리(녹색)도 형성됐다. © University of Hawaii Manoa

암흑 에너지는 우주에서 큰 미스터리 중 하나다.
현재의 지배적인 이론에 따르면 우주의 가속화된 팽창의 원동력이다.
그러나 그것이 무엇으로 구성돼 있고 정확히 어떻게 작동하는지는 완전히 알려지지 않았다. 직접적으로 증명할 수도 없다. 그럼에도 불구하고 우주 모델은 암흑 에너지가 일정한 밀도를 가지며 공간과 시간에 고르게 분포되어 있다고 가정한다.

문제는 최근에 암흑 에너지가 우주 초기와는 다른 영향을 미친다는 증거가 증가하고 있다는 것이다. 일부 측정에 따르면 오늘날 우주는 모델이 예측하는 것보다 빠르게 확장되고 있다. 따라서 일부 우주 학자와 천체 물리학자들은 암흑 에너지가 결국 일정하지 않을 수 있다는 것을 배제하지 않는다. 시간이 지남에 따라 더 두꺼워지거나 더 강해질 수 있다.

▲ 암흑 에너지로 인한 우주의 가속화된 팽창을 나타내는 다이어그램. http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2001/09/image/g/ OR http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/ Author Ann Feild (STScI)

GEODE : 블랙홀로 위장한 암흑 에너지

물리학자들은 일찍이 1960년대에 이에 대한 가설을 내놓았다.
그들의 모델에 따르면, 암흑 에너지는 균등하게 분포되지 않고 소위 GEODE(Generic Objects of Dark Energy)의 형태로 덩어리 형태로 존재한다. 이들은 블랙홀 대신 극히 무거운 별이 붕괴할 때 생성될 수 있는 암흑 에너지의 핵심을 가진 회전하는 물체다.

외부에서 보면 이 이국적인 구조물은 블랙홀과 구별할 수 없다.
이러한 GEODE 두 개를 병합하더라도 동일한 방식으로 진행되어 유사한 중력파 신호를 보낸다. 그러나 블랙홀과는 달리 중력에 대항하는 이국적인 구조 내부에 숨겨진 힘이 있다.

첫 별이 붕괴됐을 때 생성됨

마노아에 있는 하와이 대학의 케빈 크로커와 함께 일하는 물리학자들은 이미 초기 연구에서 그러한 암흑 에너지 덩어리가 존재할 수 있으며 알버트 아인슈타인의 상대성 이론과도 일치할 수 있음을 이미 입증했다. 그들의 모델에 따르면, 이 암흑 에너지 덩어리는 첫 번째 별의 비정형 붕괴로 인해 발생했을 수 있다. 소위 집단-III-별은 매우 거대했지만 수명이 짧았으며 오늘날 별과는 다른 방식으로 폭발했을 가능성이 있다.

물리학자들은 "이 집단-III-별들 중 일부가 재 이온화 전에 GEODE로 무너졌다면 오늘날 측정된 팽창을 설명할 수 있을 것"이라고 말했다. "따라서 우리는 GEODE가 우주 확장에 필요한 암흑 에너지를 공급할 수 있음을 입증했다. 하지만 이를 위해서는 오래되고 거대한 GEODE가 많이 필요하다."

우주에서 GEODE는 어디에 숨겨져 있을까?

그러나 이것은 새로운 문제를 제기한다.
이 모든 이국적인 덩어리들이 어디에 숨어 있을까?
크로커는 "블랙홀처럼 움직이고 가시적인 물질에 가까이 있으면 우리 은하수처럼 은하를 찢어 버릴 것"이라고 설명했다. GEODE의 분리력은 별과 은하의 중력 결합을 방해하고 은하수의 후광에서 더 많은 이중 별 쌍을 분리한다. 그러나 그것은 분명히 사실이 아니다.

Croker와 그의 팀은 최근 이 딜레마에 대한 해결책을 찾았다.
그들이 알아낸 바와 같이, 암흑 에너지 덩어리의 회전이 결정적인 역할을 하기 때문이다. GEODE가 천천히 회전하는 한, 그들은 서로 더 가까워지고 또한 정상적인 물질로 표류하는 경향이 있다. 그러나 그것은 바깥층의 회전이 빨라지자마자 바뀐다.
그런 다음 물리학자들이 설명하듯이 GEODE가 퇴각하기 시작한다.

이런 식으로 그들은 서로 그리고 정상적인 물질로부터 거리를 유지한다.
오늘날의 우주에서 이러한 구조는 주로 공허에서 발견된다.

▲ "WMAP 데이터에 따르면 그 내용물에는 별과 행성의 구성 요소 인 원자 4.6 %가 포함돼 있다. 암흑 물질은 우주의 23 %를 차지한다. 이 물질은 원자와는 다르며 빛을 방출하거나 흡수하지 않는다. 우주의 72 %는 일종의 반 중력 역할을하는 "암흑 에너지"로 구성되어 있으며, 암흑 물질과 구별되는이 에너지는 현재 우주 팽창의 가속화를 담당하고 있다. 데이터는 두 자리까지 정확하므로 이 숫자의 총합은 100 %가 아니다."

관찰된 불일치에 대한 설명

우주와 암흑 에너지의 발달을 위해 이것은 우주 배경 복사가 방출되고 별이 없었을 때 이미 암흑 에너지가 있었지만 오늘날보다 적다는 것을 의미한다. GEODE가 별 형성 과정에서 등장했을 때, 그 점유율이 증가했고 우주 확장이 가속화되었다.

이것은 한편으로는 배경 복사를 통해 팽창을 측정하고 다른 한편으로는 은하계, 초신성 및 기타 물체를 통해 팽창을 측정할 때 발생하는 불일치를 설명할 수 있다.
“우리의 집단-III-GEODE 시나리오는 현재의 구조 형성 모델에 영향을 주지 않으면서 지금의 빠른 확장에 대해 물리적으로 일관된 설명을 제공 한다”고 Croker와 그의 팀은 말했다.
그러나 지금까지 집중된 암흑 에너지의 존재는 이론적으로 생각할 수 있지만 순수한 추측이다.
(The Astrophysical Journal, 2020; doi : 10.3847 / 1538-4357 / abad2f)
출처 : University of Hawaii Manoa

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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