오늘은 우주론에 대해 알아볼까 합니다. 우주가 팽창하고 있다는 이론인 우주의 팽창론, 우주가 어떤 한 점에서 부터 탄생한 후 지금까지 팽창하여 오늘날의 우주에 이르렸다고 주장하는 빅뱅우주론에 대해 알아보겠습니다.
우주 팽창론의 모든 것
우주는 끊임없이 팽창하고 있다고 합니다. 이 우주팽창이론은 아인슈타인의 특수상대성이론과 일반상대성이론으로부터 도출되었는데요. 두 이론 모두 중력장 내에서의 시간지연 현상을 다루고 있으며, 이를 이용하면 우리 은하계 중심부로부터 멀어지고 있는 별들이 내는 빛의 파장 변화를 관측함으로써 멀리 떨어진 은하일수록 적색편이가 크다는 점을 알아 낼 수 있었습니다. 이러한 결과들을 토대로 허블상수를 계산하게 되었고, 이것이 현재 알려진 값인 약 70km/s라는 수치입니다. 또한 최근 연구결과에 따르면 지구에서부터 안드로메다 은하까지의 거리는 점점 가까워지고 있다는 주장이 제기되고 있습니다. 우주팽창이론은 쉽게 말해 빅뱅 이후 계속해서 팽창하고 있다는 이론입니다. 1929년 미국의 천문학자 에드윈 허블(Edwin Powell Hubble)이 처음 제안했는데요. 당시 허블은 외부은하 중 스펙트럼 분석을 통해 적색편이를 보이는 은하가 존재한다는 사실을 발견했습니다. 하지만 이전까지는 모든 은하가 동일한 속도로 멀어진다고 생각했기 때문에 ‘허블의 법칙’이라 불리는 공식을 만들어내지 못했습니다. 그러던 중 1920년대 말 영국의 천문학자 조지 가모(George Gamow)가 발표한 논문에서 “외부은하의 후퇴속도는 거리에 비례한다”는 내용을 보고 힌트를 얻어 새로운 공식을 제시했고, 그것이 바로 오늘날 널리 쓰이고 있는 ‘허블의 법칙’입니다. 1930년대 초까지만 해도 과학자들은 우주가 영원히 팽창한다고 믿었습니다. 그러나 1940년대 후반 독일의 물리학자 프리츠 츠비키(Fritz Zwicky) 등 여러 학자들이 초기 우주의 온도가 매우 낮았을 때 수소 원자핵 몇 개가 충돌하면서 헬륨 원자핵 1개가 만들어지는 과정에서 엄청난 에너지가 방출되었고, 이때 나온 에너지는 점차 식어가면서 작은 입자 알갱이 형태로 우주 공간에 퍼져나갔을 것이라는 가설을 내놓았습니다. 그리고 1950년대 중반 펜지아스와 윌슨 박사는 각각 전파망원경과 지상 망원경을 이용해 아주 먼 곳에 있는 은하에서도 비슷한 질량 분포를 갖는다는 사실을 밝혀냈습니다. 즉, 태양처럼 무거운 별 주위에서는 가벼운 원소들이 만들어지고, 반대로 주변 환경이 너무 뜨거워져 핵융합 반응이 일어나지 않는 항성풍 지역에서는 철 같은 무거운 원소들이 만들어진다는 것입니다. 따라서 전체 물질의 양은 큰 차이가 나지 않으며, 단지 어떤 종류의 원소가 많이 있느냐 하는 비율만이 다를 뿐이라는 결론을 내렸습니다. 결국 빅뱅이 일어난 지 137억 년이 지난 지금까지도 우주는 여전히 팽창하고 있고, 앞으로도 그럴 것이라는 게 현대 우주론의 정설입니다. 안드로메다 은하는 왜 가까이 오고 있는지 알아보겠습니다. 최근 유럽남방천문대(ESO) 소속 칠레 라 실라 천문대의 제임스 크로닌 박사팀은 2000년 발사된 케플러 우주망원경 데이터를 분석한 결과 안드로메다 은하가 빠른 속도로 접근하고 있음을 밝혔습니다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터’ 최신호에 게재됐습니다. 그동안 안드로메다 은하는 서서히 멀어져 가는 것으로 알려져 왔습니다. 만약 실제로 그런 일이 벌어진다면 100억 년 후에나 일어날 법한 일이지만, 놀랍게도 불과 2~3년 안에 벌어질지도 모른다고 합니다. 왜냐하면 안드로메다 은하 자체가 빠르게 움직이고 있기 때문입니다. 실제로는 가만히 있지만 마치 움직이는 것처럼 보인다는 뜻이죠. 그렇다면 어떻게 해서 이렇게 된 걸까요? 우선 안드로메다 은하 속 가스 구름이 회전하기 때문입니다. 그러면 움직임이 빨라집니다. 게다가 나선팔 구조물 사이 간격이 좁아지면서 서로 부딪치는 경우도 많아졌습니다. 그래서 더욱 빨리 움직이게 됩니다. 특히 2014년 8월 24일 촬영된 사진을 보면 안드로메다 은하가 거의 일직선상에 위치하며 가깝게 다가오고 있는 것을 알 수 있습니다.
빅뱅 우주론에 대한 모든 것
빅뱅우주론은 우주가 대폭발로 생겨났다는 이론입니다. 우주는 138억년전 한 점에서 폭발하면서 팽창했다고 합니다. 이 말인 즉슨, 우리가 살고있는 지구 역시 빅뱅이 일어난 직후 생긴 별 중 하나라는 뜻입니다. 빅뱅우주론과 정상우주론의 차이는 무엇인지 알아보겠습니다. 정상우주론은 현재 관측되는 우주상태 그대로라고 보는 이론이고, 빅뱅우주론은 초기우주의 상태를 가정해서 만들어진 이론입니다. 쉽게 말해서 두 이론 모두 과학자들이 만든 가설이지만, 실제로는 존재하지 않는 가상의 이론이라는 거죠. 하지만 최근 연구결과에 따르면 모든 은하계 중심부에서는 초신성폭발이 일어나고 있고, 이것은 곧 태양같은 별이 탄생했다는 증거이기 때문에 결국 빅뱅우주론이 옳다는 결론이 나오고있습니다. 빅뱅우주론 이후 시간이 지날수록 우주는 점점 커지게 됩니다. 마치 풍선처럼 계속 부풀어오르다가 언젠가는 펑 하고 터져버릴것 같은 느낌이랄까요? 그래서 천문학자들은 언젠가 블랙홀이 생길거라고 예상하고 있습니다. 만약 그렇게 된다면 중력파나 감마선 등 여러가지 현상들을 관찰할 수 있게 될텐데 아직까지는 그런 신호조차 발견되지 않고있어서 언제쯤이면 실제로 목격할 수 있을지 궁금해집니다.
우리가 사는 세상은 참 신기하다는 생각이 들어요. 저 멀리 보이는 은하수에서부터 내 눈 앞에 있는 컴퓨터 모니터까지.. 어쩌면 이렇게 작은 공간 안에서도 많은 사람들이 서로 다른 삶을 살아가고 있다는 게 너무 신기한 것 같습니다. 우주 팽창론과 빅뱅 우주론에 대해 알아볼 수 있는 유익한 시간이 되셨으면 좋겠습니다.