우주의 현재 팽창 비율을 의미하는 허블상수 오차를 검증하는 이론과 수식이 개발됐다.
한국천문연구원은 샤피엘루 알만 책임연구원이 이끄는 국제연구팀이 표준우주모형에서 발생하는 허블갈등을 검증하는 이론과 수식을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 이를 통해 허블갈등 해소를 위해서 초기 우주에 수정된 물리법칙을 도입해야 한다는 사실을 확인했다.
우주는 매 순간 팽창하고 그 속도는 점점 빨라지고 있다. 그러나 현재까지 우주를 가속 팽창시키는 이 에너지를 명확히 규명하지 못해 천문학자들은 '암흑에너지'로 이를 명명하고 연구를 이어가고 있다.
암흑에너지 정체를 밝히려면 가장 먼저 풀어야 할 난제가 있다. 허블상수를 정밀하게 측정해 허블상수 오차를 해결하는 것이다.
허블상수란 대폭발 우주론에서 가장 기본적인 상수로서 은하 후퇴속도와 거리 사이 비례관계식에서의 비례상수를 의미한다. 이를 측정하는 방법은 변광성과 초신성 관측을 통한 측정과 우주배경복사 및 표준우주모형을 바탕으로 한 측정이 있다.
최근 연구에 따르면 두 가지 방법으로 계산된 허블상수에 큰 차이가 있으며, 이를 허블갈등이라 부른다. 천문학자들은 허블갈등을 해결하기 위해 암흑에너지 물리적 성질을 조금씩 변화시키거나 표준우주모형을 수정해왔다.
연구팀은 유럽 우주국(ESA)에서 운영하는 플랑크 인공위성에서 측정한 우주배경복사, 슬로운디지털천구측량(SDSS)에서 측정한 우주 3차원(3D) 지도, 초신성 관측자료인 판테온플러스와 슈즈(SH0ES)를 활용해 허블갈등을 해소할 수 있는지 검증하는 방법론을 개발했다.
여기서 연구팀은 후기 우주 즉, 가까운 우주의 물리법칙 수정을 통해 허블갈등을 해소할 수 없음을 밝혀냈다. 이는 허블갈등을 해결하기 위해 초기 우주의 물리법칙을 수정하거나 기존 허블상수 측정방법 외에 중력파 등을 이용한 측정이 절대적으로 필요함을 의미한다.
연구를 이끈 알만 샤피엘루 박사는 “이번 결과는 더이상 후기 우주에 새로운 물리학을 도입하려는 시도는 효과가 없다는 것을 의미한다”며 “이제부터는 허블갈등을 해소하기 위해 관측 데이터에 존재할 수 있는 오차를 좀 더 깊이 분석하거나 초기 우주의 새로운 물리법칙을 찾아야한다”고 말했다.
연구를 수행한 연구자들이 참여하고 있는 중력파우주연구단 이형목 단장은 “다양한 우주론 데이터에는 무작위 오차와 계통 오차가 있을 수 있는데, 아직 계통 오차에 대해 잘 모르는 경우가 많다”며 “현재 중력파 등을 이용한 독립적인 허블상수 측정을 위한 노력이 이뤄지고 있어 적어도 계통 오차 한 측면은 조만간 밝혀지리라 생각한다”고 밝혔다.
한편 이번 논문은 천문학 및 물리학 최상위급 학술지 PRL에 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
