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- 우주팽창률을 나타내는 허블상수는 우주 표준모형으로 설명할 수 있는 값보다 훨씬 높아
- 표준 모델의 우주의 팽창 속도는 메가파섹당 약 67km/sec, 실재는 72-74km/sec
- 오늘날 초기 우주보다 밀도가 더 높아지거나 더 강해지는 암흑 에너지의 변화 가정 가능

우주는 “너무 빠르게” 팽창하고 있다.
제임스웹 망원경은 표준 우주 모델과의 불일치를 확인했다

불일치는 여전히 남아 있다. 표준 모델에 따르면 우주팽창이 예상보다 빠르게 진행되고 있다. 이는 이제 James Web Telescope를 사용한 측정 검토를 통해 확인됐다. 따라서 우주팽창률을 나타내는 허블상수는 우주 표준모형으로 설명할 수 있는 값보다 훨씬 높다. 이러한 편차는 초신성, 변광성, 적색거성, 탄소가 풍부한 거성에서 볼 수 있다. 하지만 그 뒤에 무엇이 있는지는 불분명하다. 

▲ 우주는 표준 우주론 모형에 따르면 예상보다 빠른 속도로 팽창하고 있다. 하지만 그 뒤에 무엇이 있을까? © NASA/ Goddard Space Flight Center

빅뱅 이후 우주는 급속히 팽창하고 있으며, 1990년대 천문학자들이 발견한 것처럼 이러한 우주 팽창도 가속화되고 있다. 이를 가능하게 하는 원동력은 암흑 에너지다. 이는 중력의 인력 효과에 반하는 이전에 알려지지 않은 힘이다. 현재 우주가 얼마나 빨리 팽창하고 있는지는 논란의 여지가 있으며, 우주 표준 모델의 초석 중 하나인 허블 상수 H0의 값도 마찬가지다.

표준 모델에 따르면 허블 상수, 즉 우주의 팽창 속도는 메가파섹당 초당 약 67km여야 한다. 그러나 초신성, 중력 렌즈, 변광성(세페이드) 또는 적색거성을 기반으로 한 천문학적 측정은 메가파섹당 초당 평균 73km라는 훨씬 더 높은 값을 제공한다.

제임스웹 망원경으로 거리 데이터 확인

이제 제임스웹 우주 망원경은 허블 상수와 우주팽창에 대한 새로운 데이터를 제공하고 있다. "웹 망원경의 기능은 측정된 거리를 허블 망원경의 거리와 비교하여 추가 검사를 수행할 수 있는 기회를 제공한다"고 볼티모어에 있는 존스 홉킨스 대학의 노벨상 수상자 아담 리스(Adam Riess)가 이끄는 천문학자들은 설명했다. 허블 망원경 데이터 세트에는 37개 은하에 있는 수백 개의 세페이드와 42개의 초신성의 거리가 포함돼 있다.

Riess와 그의 팀은 이제 지난 2년 동안 Webb 망원경의 측정 데이터를 평가하고 16개의 초신성뿐만 아니라 세페이드, 적색 거성 및 탄소가 풍부한 거성 클래스의 거리를 측정했다. 후자는 또한 좋은 거리 표시로 간주된다. Riess의 동료인 Siyang Li는 "Webb 데이터는 신호 대 잡음비를 크게 향상시키고 말하자면 HD로 우주를 보여준다"고 설명했다.

▲ 메시에 106이라고도 불리는 NGC 4258은 현재 천문학자들이 거리를 확인한 은하 중 하나다. © ESA/NASA/ CSA, J. Glenn, KPNO/NOIRLab/NSF/AURA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), R. Gendler, M.T. Patterso, T.A. Rector, D. de Martin & M. Zamani

편차가 남아 있음

평가 결과는 다음과 같다. 허블 상수의 불일치는 James Webb 망원경의 현재까지 가장 포괄적인 데이터 세트에서도 발생한다. 모든 우주 거리 표시는 각각 72.1에서 73.4 사이의 허블 상수를 나타낸다. Riess와 그의 팀은 “모든 방법을 결합한 James Webb 망원경의 결과는 메가파섹당 초당 72.6km이다”고 보고했다. 이 값은 이전 측정을 확인하고 표준 모델과의 편차가 허블 망원경의 측정 불확실성이나 오류로 인한 것일 수 없음을 보여준다.

“관측된 우주의 팽창률과 표준 모델의 예측 사이의 불일치는 우주에 대한 우리의 이해가 불완전할 수 있음을 시사한다”며 "두 대의 NASA 주력 망원경을 통해 서로의 결과를 확인함으로써 우리는 허블 상수의 변동 문제를 매우 심각하게 받아들여야 한다. 이는 어려운 일이지만 우주에 대해 더 많이 배울 수 있는 놀라운 기회다"고 리스는 말했다.

그 뒤에 무엇이 있을까?

그러나 지금까지 편차의 원인이 무엇인지, 그리고 우주론적 표준 모델의 격차가 어디에 있는지는 불분명하다. "허블 장력에 대한 가능한 설명은 초기 우주에 대한 우리의 이해에서 뭔가가 빠져 있다는 것이다. 예를 들어 빅뱅 이후 우주에 예상치 못한 충격을 준 새로운 구성 요소가 있다"고 연구 참여자인 존스 홉킨스 대학의 우주학자 Marc Kamionkowski는 설명했다.

예를 들어 오늘날 초기 우주보다 밀도가 더 높아지거나 더 강해지는 등 암흑 에너지가 변화하고 있다는 것도 생각할 수 있다. 암흑 에너지 조사(DES)의 시작은 이에 대한 가능한 징후를 제공했다. "암흑 물질의 아직 인식되지 않은 특성, 이국적인 입자, 변화하는 전자 질량 또는 원시 자기장과 같은 문제를 해결할 수 있는 다른 아이디어도 있다"고 Kamionkowski는 말한다. "이론가들은 여기서 매우 창의적일 수 있다.”
(The Asphysical Journal, 2024)
출처: Johns Hopkins University, The Astrophysical Journal

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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