막심해(莫心海)
【정견망】
최근 십여 년간, 수많은 천문학적 신발견이 우주에 대한 과학의 인식을 뒤엎고 있으며, 우주 조화의 경이로움 앞에서 과학자들도 인류가 우주에 대해 아는 바가 너무나 보잘것없음을 인정하지 않을 수 없다. 최근 발견된 우주에서 가장 거대한 구조인 ‘초은하단’이 바로 그 예 중 하나이다.
뉴사이언티스트 웹사이트 2011년 6월 21일 보도에 따르면, 새로운 우주 지도는 우주가 거대한 은하 초구조들로 점철되어 있음을 보여준다. 이는 중력이나 암흑 에너지, 혹은 우리가 전혀 알지 못하는 다른 어떤 것의 행동이 확실히 매우 기이하다는 것을 의미한다.
빅뱅 이론에 따르면, 우주는 탄생 직후에 매끄러웠다. 우주마이크로파배경(CMB) 복사를 측정한 결과, 빅뱅 후 37만 년이 지났을 때 우주 서로 다른 지역의 밀도는 아주 작은 차이만 있었다. 천문학자들은 중력이 이 작은 차이들을 증폭시켜 오늘날 우리가 보는 은하와 은하단을 만들었다고 생각한다. 이것들은 다시 은하단이라 불리는 선과 매듭으로 배열되었으며, 그들 사이의 간격은 거대한 공동(空洞 빈 공간)이다.
그러나 더 큰 척도에서 보면, 팽창 우주 모델은 우주의 확장이 중력의 수축 효과를 압도해야 한다고 본다. 이는 몇 억 광년보다 큰 척도에서는 아무런 구조도 없어야 함을 의미한다.
하지만 우주는 천문학자들이 구상한 모델에 따라 구축되지 않았다. 런던대학교(UCL)의 숀 토마스(Shaun Thomas)와 동료들은 30억 광년이 넘는 은하 초집단 구조를 발견했다. 해당 초구조는 명확한 경계가 없으며, 서로 다른 지역의 밀도 변화는 몇 퍼센트에 불과하지만, 그럼에도 불구하고 밀도의 요동은 이론적 예측의 두 배에 달했다.
이 연구에 참여하지 않은 이탈리아 로마 대학교의 프란체스코 실로스 라비니(Francesco Sylos Labini) 교수는 “이는 표준 우주론 모델에 도전적인 결과”라고 말했다.
이 은하 무리들은 슬론 디지털 스카이 서베이(SDSS)의 거대한 은하 분류 데이터에 나타났다. 해당 서베이는 4분의 1 하늘에서 은하 위치의 2차원 지도를 그렸다. 토마스는 “이전의 유사한 서베이들은 비교적 작은 영역에 국한되어 있었다”라며, “하늘을 보는 범위를 넓혔을 때, 더 큰 구조를 보기 시작하게 된다”라고 말했다.
하늘의 2차원 지도는 우주의 거대 척도 구조를 진정으로 드러내지 못한다. 완전한 그림을 얻기 위해 토마스와 그의 동료들은 은하의 색상도 사용했다. 먼 은하는 가까운 은하보다 더 붉게 보이는데, 그 이유는 그들의 빛이 광활한 우주를 통과해 이동할 때 파장이 늘어나기 때문이다. 자연적인 색상을 이미 알고 있는 밝고 오래된 몇몇 타원 은하들을 선택함으로써, 연구팀은 70만 개 은하의 근사 거리를 계산해 냈고, 한 사분면의 거친 3차원 우주 지도를 얻었다. 이 지도 속에서 몇몇 거대한 구조의 희미한 윤곽이 드러났다.
이 결과는 신비로운 암흑 에너지와 관련된, 깊고 새로운 어떤 물리 현상을 암시한다. 암흑 에너지는 보통 우주 전체에 균일하게 분포되어 있다고 여겨진다. 하지만 만약 그것이 어떤 지역에 더 많이 존재할 수 있다면, 그것의 척력은 주변의 물질을 밀어내어 이러한 거대한 패턴을 만들어낼 수 있다.
또 다른 가능성은, 우리가 중력을 이해하기 위해 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 뛰어넘어야 할 필요가 있다는 점이다. 토마스는 “이는 매우 큰 척도에서 중력의 행동을 설명하기 위해 우리가 더 일반적인 이론을 필요로 하기 때문일 수 있다”라고 말했다.
그러나 프린스턴 대학교의 데이비드 스페르겔(David Spergel)은 거리를 확정하기 위해 색상을 사용하는 것은 관측 오차에 매우 민감하다고 말했다. 예를 들어 먼지와 은하계의 항성들이 데이터를 혼동시킬 수 있다.
스페르겔은 “다른 방법으로 이를 확인하는 것이 지극히 중요하다”라고 말했다. 가장 좋은 해결책은 대량의 은하들에 대한 상세한 스펙트럼(광선)을 얻는 것이다. 그렇게 하면 연구원들은 거리를 더 정확하게 확정할 수 있을 것이다.
실로스 라비니는 이미 슬론 데이터의 하위 세트를 사용해 이와 같은 지도를 만들었다. 그것 역시 거대 척도에서의 예상치 못한 구조를 드러냈다. 그는 우주가 각기 다른 척도에서 유사한 구조를 가지는 프랙탈 구조를 가지고 있을 수 있다고 생각한다.
참고자료: http://www.newscientist.com/article/dn20597-largest-cosmic-structures-too-big-for-theories.html