우주, 예상보다 더 빨리 팽창…NASA “이상한 일 일어났다”

김윤호
2022년 05월 26일 오후 5:18 업데이트: 2022년 05월 26일 오후 5:18

미국 항공우주국(NASA·나사)이 우리 우주가 예상보다 빠르게 팽창하고 있다고 밝혔다.

나사 과학자들은 허블우주망원경으로 얻은 새로운 데이터를 연구해, 우리 우주의 팽창속도 증가율이 높아졌다는 사실을 알아냈다. 다만, 왜 이런 현상이 발생했는지는 아직 명확하게 이해하지 못하고 있다.

나사는 최근 30년간의 여러 우주 망원경의 데이터를 분석해 밝혀진 내용을 지난 19일 허블망원경 웹사이트에 게재했다(링크).

이에 따르면 천문학자들은 100년 전인 1920년 미국 천문학자 에드윈 허블의 발견, 즉 우리 우주가 팽창하고 있다는 사실을 알게 된 이후 우주의 정확한 팽창속도(팽창률)를 알아내기 위해 연구해왔다.

다양한 연구 끝에 팽창속도를 측정하는 방법은 2가지로 압축됐다. 하나는 먼 은하(외부 은하)들의 후퇴속도를 측정하는 것, 다른 하나는 우주배경복사(CMB)를 측정하는 방식이다. 문제는 두 측정치가 일치하지 않는다는 점이다.

우주배경복사 연구는 우주 탄생 초기의 팽창속도를 통해 현재의 팽창속도를 역산하는 방식이다. 이에 따르면, 우리 우주는 현재 67.5㎞/s/Mpc(± 0.5)로 예상됐다.

그러나 허블망원경으로 관측한 먼 은하의 후퇴속도는 이보다 빠른 74㎞/s/Mpc(± 1)로 측정됐다.

일각에서는 허블망원경 관측이 오류일 수 있다는 반론도 있었지만, 허블망원경 관측을 진행한 애덤 리스 박사 연구팀은 초신성 등을 기준으로 한 측정방식을 통해 오차 가능성을 10만분의 1로 줄였다며 측정치에 확신을 나타냈다.

리스 박사 연구팀은 우주망원경과학연구소(STScI)와 존스홉킨스대 연구원들로 이뤄졌으며, ‘우주 가속 팽창’을 밝혀내 2011년 노벨물리학상을 수상한 바 있다. 우주 팽창 가속은 우리 우주가 일정한 속도가 아니라 점점 빠른 속도로 팽창하고 있다는 의미다.

이 때문에 우주의 팽창속도에 관한 연구는 두 측정값 사이의 불일치를 어떻게 설명할 수 있는지로 초점 맞춰졌다.

가장 유력한 설명은 우주의 팽창속도가 초기 속도에서 역산한 것보다 더 빠르게, 즉 예상보다 더 빠르게 팽창하고 있다는 것이다.

그 원인으로는 암흑 물질 등이 거론되고 있지만, 사실 암흑 물질은 그 존재 자체가 간접적으로 유추될 뿐 알려진 것이 거의 없는 미지의 물질인 까닭에 과학자들도 추정만 할 뿐이라는 것이 나사의 설명이다.

나사는 “이러한 차이의 원인은 여전히 미스터리”라면서도 허블망원경 데이터의 신뢰성을 뒷받침하는 자료들을 언급한 뒤 “우주에서 뭔가 이상한 일이 벌어지고 있다고 말할 수밖에 없다”고 전했다.

그러면서 “아직 우리가 별들 사이에서 배울 것이 더 많다는 점을 깨닫게 한다”고 덧붙였다.

허블망원경은 천체 사이의 거리를 측정할 수 있는, 현재 인류가 보유한 가장 강력한 도구다. 그러나 1990년 궤도에 오른 이후 30년간 임무를 수행하며 노후됐다.

이에 나사의 새로운 관측도구인 ‘제임스 웹 우주망원경’이 작년 12월 발사, 올해 1월 최종 목적지에 설치 완료됐으나 아직은 본격적인 가동을 위한 시운전 중이다.

나사는 “웹 우주망원경은 허블의 성과를 바탕으로 더 먼 거리 혹은 더 선명한 해상도로 우주의 이정표들을 보여줄 것”이라고 기대했다.