【정견뉴스】
우주 공간을 메우고 있는 암흑 에너지의 시뮬레이션 이미지. (Shutterstock 제공)
우주 저편에 존재하는 먼 퀘이사(Quasar)를 관측하던 국제 공동 연구진이 우주에 ‘암흑 에너지(Dark Energy)’가 존재한다는 강력한 증거를 발견했다. 이들의 연구에 따르면 우주 전체 구성 성분의 3분의 2가 이 베일에 싸인 암흑 에너지로 이루어져 있을 가능성이 크다.
암흑 에너지는 일찍이 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 그 존재 가능성이 가정된 바 있다. 학계는 암흑 에너지가 우주에서 보이지 않는 영역을 차지하고 있으며, 중력과 반대되는 척력(밀어내는 힘)을 발생시켜 우주가 점점 더 빠른 속도로 팽창하는 ‘가속 팽창’ 현상을 일으키는 원인일 것으로 추정해 왔다. 앞서 다른 연구진 역시 초신성을 관측하는 과정에서 우주가 가속 팽창하고 있다는 사실을 밝혀내며 암흑 에너지의 존재를 뒷받침하는 직접적인 증거를 제시한 바 있다.
이번 퀘이사 연구는 초신성 관측과는 완전히 다른 방법론을 사용했음에도 불구하고 기본적으로 동일한 결론에 도달했다. 연구진은 퀘이사 관측 영상이 ‘중력렌즈’ 효과에 의해 어떻게 왜곡되는지 분석하는 데 집중했다. 질량이 거대한 천체는 그 주변을 지나가는 빛을 휘게 만들어, 뒤쪽에 위치한 먼 천체의 모습을 왜곡하거나 변형시킨다. 이 원리가 광학 렌즈와 유사해 ‘중력렌즈’ 효과라 불린다.
연구진은 영국과 미국에 설치된 대형 전파망원경들을 이용해 수천 개의 멀리 떨어진 퀘이사를 관측했다. 그 결과, 평균 700개의 퀘이사 중 1개 꼴로 중력렌즈 효과의 영향을 받아 전파 신호가 굴절되면서 2개 이상의 ‘허상’이 나타나는 현상을 확인했다. 이처럼 중력렌즈 효과를 받는 퀘이사의 수가 비정상적으로 많다는 점에 대해 연구진은 “암흑 에너지의 존재 외에는 설명할 길이 없다”고 설명했다. 나아가 분석 결과, 암흑 에너지가 우주 성분의 3분의 2를 차지한다고 가정했을 때 이론적 계산과 실측값이 가장 완벽하게 일치하는 것으로 나타났다.
연구진은 이번 연구가 암흑 에너지의 존재를 증명하는 완전히 ‘독립적인’ 새로운 증거를 제시했다고 평가했다. 이번 연구 성과는 미국의 저명한 물리학 학술지인 《피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)》에 게재되었다.
한편, 퀘이사는 우주에서 크기는 비교적 작지만 엄청난 에너지를 뿜어내는 천체다. 일반적인 광학 관측에서는 항성(별)처럼 보이지만, 분광 관측을 해보면 빛의 스펙트럼에서 매우 큰 적색편이(Redshift)가 나타나 일반 항성과 구별되므로 ‘유사 항성’이라는 뜻의 퀘이사로 불린다.
우주 가속 팽창을 이끄는 ‘어둠의 힘’
국제 공동 연구진이 확보한 데이터에 따르면, 우주 에너지의 대부분은 현재 인류의 기술로 보이지 않으며 정체 또한 밝혀지지 않은 형태로 우주 저 멀리 존재하고 있다. 과학자들은 이를 ‘암흑 에너지’라 부른다. 이 보이지 않는 거대한 힘은 전례 없는 속도로 우주의 미세한 망상 구조를 사방으로 밀어내며 팽창시키고 있으며, 이는 오랜 의문이었던 ‘무엇이 우주를 가속 팽창하게 만드는가’에 대한 명쾌한 해답을 제공한다.
연구진은 세계 최고 성능의 천문 망원경들을 동원해 지구에서 아주 멀리 떨어진 우주 공간에 있는 수천 개의 빛나는 퀘이사를 촬영했다. 물질과 에너지가 서로 전환될 수 있다는 물리 법칙에 따르면 이 천체들은 막대한 에너지를 품고 있으며, 우주 전체 에너지의 3분의 2가 바로 이 ‘암흑 에너지’로 이루어져 있다.
이러한 발견은 이미 학계에 알려진 은하들과 우주 초기 은하 밀도 사이의 상관관계를 다룬 이론과도 부합한다.
천체물리학자들의 계산에 따르면 현재 인류가 파악하고 있는 관측 가능한 은하들은 우주 초기 천체 밀도의 3분의 1 수준에 불과하다. 즉, 나머지 3분의 2에 달하는 천체들은 인류가 눈으로 볼 수 없는 다른 형태의 에너지로 우주 저편에 존재하고 있다는 의미다.
다만 이 암흑 에너지는 우주 가장 변두리에 있는 은하 지대의 물질들에만 제한적으로 영향을 미쳐 별의 폭발 등을 유발할 뿐이다. 지구와의 거리가 상상을 초월할 정도로 멀기 때문에, 그 폭발로 인해 발생하는 에너지 효과를 오늘날의 과학 기술로 정밀하게 측정하는 것은 여전히 극도로 어려운 과제로 남아 있다.
원문위치: https://www.zhengjian.org/node/239134