우주(코스모스) : 우리는 거품 속에 살고 있을까?
우주 공간에 물질 밀도가 낮은 지역이 있다는 사실을 고려하면 우주 팽창의 모순을 설명 할 수 있다.

우리 은하수는 다른 우주에 있는 은하수의 물질밀도의 1/2밖에 되지 않는 거대한 거품 속에 있을까? 그렇다면 천문학의 위대한 신비 중 하나를 해결할 수 있다.
한 우주 연구자의 보고처럼, 이것은 왜 우주 팽창 측정값이 방법에 따라 매우 다른 값이 나오는지 설명할 수 있기 때문이다. 

▲ 우리는 거품 속에 살고 있을까?

우주는 빅뱅 이후로 계속 확장되어왔다.
다시 말해 은하, 가스 구름 및 별은 더 빠르게 서로 멀어져 가고 있다.
이 우주 팽창의 잠재적인 추진력은 중력에 반하는 수수께끼 같은 암흑 에너지다.
팽창률은 허블 상수로 표시된다.

설명할 수 없는 불일치

지금까지 천문학자들은 허블 상수에 대해 매우 다른 편차를 가졌다.
우주 초기 데이터는 우주 배경 복사선의 형태에서 초당 그리고 메가 파섹 당, 약 67킬로미터의 허블 상수를 나타낸다(67km/sec/Mpc). 그러나 초신성, 중력 렌즈 및 변광성, 소위 세페이드 (Cepheids: 세페우스 자리 δ별 형 변광성을 줄여서 세페이드라고 부름)를 사용한 측정은 허블(Hubble) 값을 72에서 74까지로 나타나 훨씬 빠른 확장 속도다.

천문학자들이 더 많은 측정을 할수록 이 불일치가 더 많은 것으로 보인다.
제네바 대학의 루카스 롬브리저(Lucas Lombriser)는 “최근 몇 년 동안 이 두 가지 값이 점점 더 정밀해졌지만 여전히 분명하게 달라졌다”고 설명했다. 이것은 어딘가에 근본적인 오류가 있는지에 대한 질문을 제기할 뿐만 아니라 일반적인 우주론적 모델에 대한 질문도 갖게 한다.
이 초기 우주에서의 팽창은 오늘날과 크게 다르지 않아야 하기 때문이다.

그러나 이러한 불일치를 어떻게 설명 할 수 있을까?
일부 연구자들은 우리의 현재 표준 모델을 넘어서는 새로운 물리학이 이러한 편차 뒤에 있을 수 있다고 생각한다. 예를 들어, 암흑 에너지의 효과는 이전에 생각했던 것보다 더 일정하지 않을 수 있다.

지역 우주(Local Universum)가 나머지 우주보다 더 비어있을까?

Lombriser는 다른 설명을 제안한다.
그는 우주에서 물질 밀도의 변동이 이러한 불일치를 설명 할 수 있는지 조사했다.
지금까지 천문학자들은 세페이덴과 다른 물체의 거리용 측정 “정지 점”에서부터 물질밀도는 우주 어디에나 같다고 가정해 왔다. 적어도 우주의 넓은 부분을 볼 때 모든 곳에서 물질의 밀도는 거의 동일하다. 이것은 또한 우주 배경 복사선의 측정으로 확인된다.

그러나 작은 규모에서는 빈 공간이 있을 수 있다.
은하 운동의 분광학적 매핑으로 몇 년 전, 우리 은하수가 평균 공간밀도 이하인 하나의 공극에 위치하고 있다는 증거를 발견했다. 평균 공간밀도 이하인 지역은 약 10억 광년 크기 넓이다. 이것이 바로 허블 상수의 이상한 편차를 설명하기 위해 롬브리서가 취하는 가정이다.

2억 5천 만 광년

천문학자의 계산에 따르면, ‘빈 기포(공극)’의 크기는 약 2억 5천만 광년이어야 하며 물질 밀도는 나머지 우주의 절반에 해당한다. 그것은 세페이드(cepheids)와 초신성의 거리 측정을 왜곡하기에 충분할 것이다. 이러한 측정에 대한 참조 개체는 로컬 유니버스 얇은 영역의 중간에 있다.

Lombriser는 “이 스케일에서 이러한 변동이 있을 확률은 1:5에서 1:20이다. 이것은 공중에 이론적 환상일 뿐이라는 것을 의미한다. 우주에는 우리와 같은 많은 지역이 있다.”고 보고했다. 만약 우주 측정 막대를 조정할 때 이 지역 거품을 포함 시키면 허블에서 불일치가 발생할 수 있다. 그렇다면 우리는 세페이드cepheids 또는 초신성에 기초한 측정으로도 우주 마이크로파 배경과 같은 값에 도달할 것이다.

ELT에 대한 희망

거품을 파괴적인 요인으로 생각하는 것은 새로운 것이 아니다.
과학자들은 이전에 이것을 이상한 팽창 값에 대한 설명으로 가능하다고 했다.
그러나 지금까지 허블 상수의 불일치가 실제로 이러한 로컬 효과에서 비롯된 것이라는 확실한 증거는 없다. 천문학자들은 아타카마 사막의 ELT와 같은 미래 망원경에서 더 많은 정보를 원한다. 2024 년부터는 실시간으로 우주 팽창을 직접 측정 할 수 있다.
하지만 그때까지 허블 상수와 우주 팽창의 퍼즐은 아마도 해결되지 않은 채 남아있을 것이다.
출처 : 제네바 대학교
Physics Letters B, 2020; doi: 10.1016/j.physletb.2020.135303

[더사이언스플러스=문광주]

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