우주는 얼마나 빨리 팽창하고 있나?

우주는 얼마나 빨리 팽창하고 있나?

우주에 관한 가장 흥미로운 사실 ​​중 하나는 우주는 팽창 하고 있다는 것 입니다. 우주는 거대 하지만 시간이 지남에 따라 더 커지고 있습니다.

우주 팽창은 1920년대, 천문학자 에드윈 허블에 의해 주장 되었습니다. 허블은 우주에 수많은 은하가 있다는 것을 발견했습니다. 허블은 멀리 떨어진 은하를 관찰하면서 대부분이 붉게 보인다는 것을 알게 되었습니다.

은하의 색이 중요해 보이지 않을 수 있지만, 붉게 보인다는 것은 은하가 엄청난 속도로 멀어지고 있음을 말 합니다.
https://youtu.be/zN7f6nS_7Hg

도플러 효과에 의하면, 빛을 방출하는 물체가 가까워 지면 빛은 압축되어 청색 편이 되고, 반대로 멀어지면 빛이 늘어나 적색 편이 된다고 합니다. 은하가 적색 편이라는 것은 엄청난 속도로 멀어지고 있음을 말 합니다.

그럼 우주는 얼마나 빨리 팽창하고 있을까요?

현재 우주의 팽창률 추정치는 메가파섹당 초당 73킬로미터의 속도로 팽창한다고 합니다. 메가파섹이 무엇인지 모르면 무슨 말인지 모를 것 입니다.

메가파섹은 천문학에서 사용되는 거리의 척도 입니다. 일반적으로 우주에서의 거리를 말할 때 광년을 생각 하지만, 우주는 너무 커서 광년이 유용한 것은 아닙니다. 오히려 천문학자들은 파섹을 사용 합니다.

1파섹은 3.26광년과 같습니다.
1메가파섹은 100만 파섹 또는 326만 광년과 같습니다.

우주가 메가파섹당 초당 73킬로미터의 속도로 팽창한다는 것은, 1메가파섹당 73킬로미터씩 팽창 한다는 뜻입니다.

우주 팽창률을의 계산은 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 계산하는 것 입니다. 공간에서 거리를 계산하는 것은 다소 어려운 일 입니다.

밝기를 알아야 합니다. 밝기와 거리 사이에는 직접적인 관계가 있기 때문입니다. 그러나 밝기를 아는 것은 쉽지 않습니다.

예를 들어, 광 출력이 똑같은 두 개의 전구가 있다고 가정해 보겠습니다. 하나는 2마일 떨어져 있고 다른 하나는 4마일 떨어져 있습니다. 더 멀리 있는 전구는 더 가까운 전구보다 더 어둡게 나타납니다. 한 쪽이 다른 쪽보다 어둡게 보이지만 둘 다 똑같은 밝기를 발산하고 있습니다.

전구의 겉보기 밝기를, 겉보기 등급이라고 하고, 실제 밝기를 절대 등급이라고 합니다.

겉보기 등급은 물체가 보이는 밝기이기 때문에 다소 간단 합니다. 그러나 절대 등급은 계산하기가 어렵습니다. 우주에 모든 물체가 계산할 수 있는 절대 등급을 가지고 있는 것도 아닙니다.

따라서 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 확인하기 위해서, 천문학자들은 표준 양초라고 하는 물체를 찾습니다. 표준 양초는 겉보기 밝기가 짧은 시간에 변하거나, 절대 크기를 쉽게 계산할 수 있는 물체 입니다.















예를 들어 에드윈 허블은 은하까지의 거리를 계산하기 위해 변광성을 찾았습니다. 변광성은 짧은 시간 동안 밝기가 변동하는 별의 일종으로, 천문학자들은 밝기의 차이를 알면 절대등급을 계산할 수 있다고 합니다. 그러나 변광성은 일부 은하에서는 활용 되지만, 먼 은하에서는 그다지 신뢰할 수 없습니다.

최근 몇 년, 천문학자들은 Type 1A Supernovae를 활용하고 있습니다. Type 1A Supernovae는 백색 왜성의 질량 한계를 초과하여 열핵 반응을 일으켜 폭발할 때 발생 하는 일종의 초신성 입니다. 모든 백색 왜성의 질량 한계가 같기 때문에 모든 Type 1A Supernovae는 동일한 양의 에너지를 방출 합니다. 이를 통해 천문학자들은 절대 크기와 초신성 사이의 거리를 쉽게 계산할 수 있습니다.

우주 팽창률을 계산할 때 Type 1A Supernovae를
활용하는 것은 효과가 있지만, 유일한 방법은 아닙니다.

최근에 천문학자들은 거대한 타원 은하의 전체 밝기를 활용하는 좀 더 정확한 다른 방법을 활용하고 있습니다. 타원 은하는 적색 거성과 왜성 같은 더 차가운 적색 별으로 구성 되어 있습니다. 이 유형의 별의 밝기를 알면, 타원 은하의 절대 등급을 추론할 수 있습니다. 밝기를 알면 거리를 계산할 수 있어 공간이 팽창하는 속도를 계산해 낼 수 있습니다. 이 방법에 의하면, 우주는 메가파섹당 초당 73킬로미터의 속도로 팽창한다고 합니다.

빅뱅 이후 우주는 팽창을 멈추지 않고 있습니다. 138억년 동안 우주는 계속해서 커져 가고있습니다. 이 팽창은 초기 빅뱅에서 남은 에너지라고 생각했고, 팽창 속도는 점차 느려지다가 멈출 것이다 라고 믿었습니다. 그러나 우주의 팽창 속도는 가속화되고 있습니다. 이 현상이 일어나기 위해서는 공간 자체가 공간을 확장하고 가속시키는 어떤 형태의 에너지에 의해 포화 되어 있어야 합니다.

이 에너지를 암흑 에너지라고 부르는데, 현대 물리학과 천문학의 가장 큰 미스터리 중 하나 입니다.