Fate of the Universe / Dark Flow

우주의 운명 / 암흑 흐름

* The figures refer to Hubble's Universe/Dickinson, p.50, Firefly ⓒ2012 and NASA Home>Centers>Goddard Home>News and Media Resources >Releases>2010




위 도표는 우주의 운명의 세가지 시나리오인 대파열(Big Rip), 일정한 팽창(constant expansion), 대붕괴(Big Crunch)를 보여주고 있다. 대파열(빅립)은 강화된 암흑 에너지가 우주팽창 속도를 높여 갑작스러운 우주 파열을 초래한다는 시나리오이다. 일정한 팽창은 우주 팽창이 더욱 점차적으로 중령과 균형을 이루며 팽창한다는 것이다. 대붕괴(빅크런치)는 암흑 에너지가 약화되면서 중력이 우주를 붕괴하도록 한다는 것이다. 빨강 노랑 파랑 곡선들의 수직축은 우주의 팽창율 수평축은 시간의 축을 나타내고 있다. 현재까지는 세가지 곡선이 거의 함께 왔는데 빅뱅후 10억년경에는 무렵에는 팽창속도가 감소하다가 90억년경부터는 팽창속도가 증가하고 있다. 녹색 동그라미안에서는 많은 초신성들의 정확한 관찰이 우주가 미래에 셋중의 어떤 길로 갈 것인가를 결정하는데 필요하다고 설명되어있다.

빅립(Big Rip)의 경우에는 우주 밀도가 임계 밀도보다 낮아서 우주가 계속 팽창하게되어 암흑 에너지가 작용해 약 200억년 후에는 초은하단부터 행성까지 모두 다 해체된다는 것으로 열린 우주(Open universe)라고도 한다. 빅크런치(Big Crunch)의 경우에는 우주 밀도가 임계 밀도보다 높아 우주가 계속 수축하게 약 1000억년 후에는 빅뱅이전의 상태로 되돌아가게 된다는 것으로 닫힌 우주(Closed universe)라고도 한다. 이 경우 다시 빅뱅이 일어나 이제까지의 진화를 새롭게 시작한다고 생각할 수도 있다. 평탄 우주(Flat Universe)의 경우는 우주 밀도가 임계 밀도와 같아서 계속 팽창을 하지만 팽창속도가 점점 느려지고 암흑에너지가 점차 작용하지 않게 되어 초은하단-은하까지 모두 해체되지 않고 거의 완전한 진공상태가 되지만 어느 정도 안정된 상태가 오랫동안 계속 유지된다.*


이제까지의 현대과학의 우주론에 관한 기술은 정설로 인정된 소위 교과서적인 기술이었다면 이번 '암흑 흐름'(Dark Flow)에 관한 내용은 흥미로운 과학뉴스로 생각하면 되겠다. 이 뉴스를 소개하는 이유는 2008년에 NASA가 발표한 우주 배경복사(CBR) 지도상에서 알렉산더 카슬린스키(A. Kashlisky)에 의해 발견된 일부 은하단의 특정 방향으로의 빠른 속도의 이동이 시사하는 바가 우리 우주 밖에 다른 우주나 '다중우주'(multiverse)의 존재를 그 원인으로 지목하였기 때문이다. 암흑 흐름이란 이러한 은하단의 임의적이지 않은 특별한 이동 속도를 가진 요소들을 지칭하며 암흑 물질과 암흑 에너지에 이어 세번째 암흑 요소가 되었다. 이는 급팽창 이론을 제시한 알란 구스(A. Guth)와 스티븐 호킹(S. Hawking) 등의 다중우주를 주장하는 우주론자들에게는 희소식인 것이다. 이후에 2013년 플랑크 위성 데이터에서는 암흑류의 어떤 증거도 발견되지 않았다고 발표하기도 했지만, 이어서 2015년에는 다시 카슬린스키가 플랑크와 WMAP 데이터에서 모두 발견했다고 주장하였다.

2010년 카슬린스키는 그의 2008년이후 3년간 WMAP 관측결과와 700개 은하단의 작업을 5년간과 두배의 은하단에 관한 관찰로 확대시켜 발표했다. 위 도표의 색칠해진 동그라미 들은 네가지 거리에 걸친 은하단 들로서 붉은 색이 강할 수록 더 먼 거리를 가리킨다. 그래서 색칠해진 타원은 그 은하단의 집단적 이동방향을 가르킨다. 각 먼거리의 조각(slice)에 있는 대표적인 은하단의 이미지들을 보여준다. (이미지 저작권자: NASA의 카슬린스키) 그래서 그는 이 측정들은 우주에서의 꾸준한 흐름을 보여주고 있으며 통계적인 우연이 아니라고 주장했다. 카슬린스키는 "지금으로서는 그것이 무엇이거나 일으키는 원인의 충분한 정보가 없다. 하지만 우리는 확실하게 멀리 떨어진 곳의 세계는 지역적인 세계와 다르다고 말할 수 있다. 그것이 '또 다른 우주'인가 아니면 우리가 모르는 시공간의 다른 조직인가는 우리는 알지 못한다."라고 말했다. 그는 또한 "우리는 이 축을 따르는 움직임을 관측하지만 지금으로서는 은하단들의 이동 방향을 강하게 주장할 수는 없다."라고 말했다.**


* 우주의 궁극적 운명에 관한 다른 시나리오로는 '열적 죽음'(Heat Death)와 '진공 불안정성'(Vacuum Instability)이란 것들도 있다. 열적 죽음이란 우주가 계속 팽창하면 열역학적인 원리로 10^^14년에는 별의 생성이 중지되어 생명체가 사라지고 10^^34년이 되면 남아 있는 별들과 성간물질들이 렙톤과 광자로 바뀌고 10^^1000년이 되면 열역학적 평형상태가 되어 모든 물체는 블랙홀로 소멸되고 극히 천천히 증발하여 버린다. 이는 열역학의 법칙을 기반으로하는 1850년대의 윌리암 톰슨(W. Thomson)의 시나리오이다. 다음의 진공 불안정성이란 우주론들이 전통적으로 안정되었거나 유사안정적인 우주를 가정했으나 양자역학의 가짜 진공(false vacuum)은 시공간에서의 우주가 저절로 낮은 에너지 상태인 더 안정적이거나 진짜 진공(true vacuum)으로 붕괴하게 되는 바 그 상태에서는 빛의 속도로 확장하게 된다는 시나리오이다.
** 암흑 흐름에 대한 몇몇 이론가들의 비판과 플랑크 연구진의 공식적인 비평에도 불구하고 플랑크 협력체의 연구진 중의 멤버인 훼르난도 아트리오-바란델라(Fernado Atrio-Barandela)의 다른 분석에 의하면 그 데이터들이 WMAP의 초기 발견과 일치했다고 주장했다. 게다가 인기 미디어들(BBC 등)은 지속적으로 암흑 흐름에 관한 흥미를 잃지 않으며 머시니-휴톤(Mersini-Houghton)은 플랑크 데이터도 다중우주의 존재를 지지하고 주장하고 있다.

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