천체물리학에서 이해가 필요한 것들

1. 암흑물질

암흑물질은 질량이 현재 우주에너지의 27% 정도(물질의 85% 정도)를 차지하고 있으나, 빛을 내지 않아 보이지 않으며, 정체가 아직 알려지지 않은 물질이다. 여러가지 천체물리적인 현상들에서 눈에 보이는 물질보다 더 많은 물질이 필요한 중력 현상들을 설명하기 위하여 암흑물질이 도입되었다.
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5752999&cid=62801&categoryId=62801

암흑물질

 

즉 현재 측정된 우주의 질량으로는 설명이 불가능한 현상이 있어서 어쩔 수 없이 도입된 개념이다.
이를 관즉하기 위한 과학자들의 노력이 계속되고 있으면 오히려 없다고 주장하는 과학자도 있다.

 

2. 암흑에너지

암흑에너지는 우주의 가속 팽창을 설명하기 위해 이론상으로 정의된, 그 정체를 알 수는 없으나 분명히 실재하는 에너지이다. 암흑에너지/암흑물질의 암흑이란 알려지지 않은(hidden from knowledge; mysterious)을 의미하는 dark를 일본어/한국어로 직역하면서 발생한 일종의 오역이다.

 

우주의 팽창현상이 발견된 이후 성립된 고전적인 우주론에 따르면, 팽창하는 우주 속에서 점점 멀어지는 은하단들 간의 상대속도는 은하단들이 서로 잡아당겨 가까워지려는 힘인 중력의 지속적인 감속효과로 인해 점점 줄어들어야 한다. 즉 우주의 팽창속도는 점점 줄어들어야 한다.

 

그러나 우주의 팽창속도를 조사해보니 감소하기는커녕 반대로 증가하고 있다는 사실이 밝혀졌고, 우주의 팽창을 가속시키는 이 미지의 에너지를 암흑에너지라고 부르게 되었다. 아직까지는 우주의 팽창현상을 설명하기 위해 암흑에너지의 존재를 수학적으로 가정하고 있는 수준이지만, 학자들 사이에서 이 이질적인 에너지가 일단 정체를 모르긴 하나 실존하는 것으로는 여겨진다.

 

우주를 구성하는 물질 및 에너지 중 현재 거의 70%에 달하는 가장 많은 비율을 차지하고 있으며, 심지어 공간이 팽창하면서 밀도가 줄어드는 일반 물질, 빛과는 달리 암흑에너지는 밀도가 줄어들지도 않아, 마치 공간이 확장함에 따라 에너지 자체가 복사가 되는 것처럼 보이기 때문에, 실질적인 해당 구성 비율은 계속 늘어날 전망이다.

https://namu.wiki/w/%EC%95%94%ED%9D%91%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80

암흑에너지

 

3. 우주의 질량

우주의 질량을 계산하는 두 가지 주요 방법이 있다.

1) 중력 렌즈 관측 (Gravitational Lensing Observations)
중력 렌즈 현상은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측된 현상으로, 질량이 큰 천체가 그 배후에 있는 천체의 빛을 굴절시키는 효과이다. 이를 통해 천문학자들은 렌즈 역할을 하는 천체의 질량을 측정할 수 있다. 중력 렌즈 효과를 분석하면, 관측된 빛의 왜곡 정도를 통해 그 천체나 은하단의 질량 분포를 추정할 수 있다.

2) 우주 마이크로파 배경 복사 (Cosmic Microwave Background Radiation) 관측
우주 마이크로파 배경 복사는 빅뱅 후 약 38만 년 경에 형성된 빛으로, 현재는 마이크로파 영역에서 관측된다. 이 복사의 미세한 온도 변동을 분석하면, 초기 우주의 밀도와 구성 요소 (예: 암흑 물질, 암흑 에너지, 보통 물질 등)를 추정할 수 있다. 이 데이터를 통해 우주의 총 질량과 밀도를 계산할 수 있다.

 

하지만 현재는 우주의 질량을 계산하는 두 가지 방법에서 얻은 결과값이 다르다. 이는 천문학과 우주론에서 흥미롭고 중요한 문제이다. 이러한 값이 차이는 단지 현재 측정법에서 나타나는 오차라고 생각할 수 있다. 이런 경우 향후 관측이 정밀해 질수록 이 오차가 줄어드는 경우를 많이 보았기 때문이다. 미래에 측정이 정교해지면 줄어들 것으로 기대하고 있었다.

 

최근 제임스웹이 우주에 올려진 이후 좀더 정교한 측정을 하였는데 오히려 이 오차가 커졌다는 점이 천체물리학자들을 당황하게 만들고 있다. 무엇이 잘못된 것일까?

 

4. 블랙홀/빅뱅

블랙홀과 빅뱅은 양자역학의 발전과 함께 그 이해가 높아지고 있다. 양자역학적인 관점에서 빅뱅과 블랙홀은 같은 상태이다. 하지만 이때 발생되는 시공간의 붕괴 등은 꽤 오랜동안 이해하기 어려울 수도 있을 것 같다.

 

5. 다양한 우주론

모든 경우의 수를 조합한 우주론이 존재하지만 그 중 현재 가장 우세한 우주론은 빅뱅 우주론이다. 하지만 빅뱅우주론이 설명해 주지 못하는 부분들이 있다보니 다양한 우주론이 나오고 있다. 문제는 이러한 다양한 우주론들은 현실적으로 확인이 불가능하다는 문제가 있다.