초신성과 빅뱅

짱이 엄마 항공과학편 입니다.

오늘은 초신성과 빅뱅에 대해서 포스팅 해 볼께요...

영국의 스티브 포시 교수는 밤하늘 관측 실습을 하던 중 우연하게 M82 라는 나선은하에서 번쩍이는 빛을 발견하였습니다.

la형 초신성이 터지면서 엄청나게 밝은 빛을 내었던 것입니다.

이 초신성은 2014년 10번째로 발견된 것이라서 알파벳 A 로부터 10번째인 J 를 붙여 2014J 라고 이름 붙여 졌습니다.   la형 초신성은 한번 터지면 은하 전체의 밝기에 견줄 만큼 엄청난 빛을 방출합니다.

포시 교수와 학생들도 14인치 망원경을 사용하여 발견했을 정도로 작은 망원경으로도 쉽게 관측할 수 있었습니다.

이렇게 밝은 빛을 내면서 폭발하는 이유는, 별이 진화하면서 점차 부피가 커지다가 백색왜성에게 자신의 물질을 넘겨주게 되는데 백색왜성의 중심부가 태양 질량의 1.4배를 넘으면 더이상 버티지 못하고 붕괴하게 됩니다.

이 질량 한계를 '찬드라세카르 질량' 이라고 부릅니다.

이때에 중심부가 무너지는 충격으로 인해 바깥 물질이 밖으로 펑 터지게 되는데, 이것이 바로 la형 초신성 인 것입니다.

여기에서 중요한 점은 백색왜성이 폭발할 때 나오는 에너지의 양이 일정하다는 것입니다.

즉 어느 la형 초신성이 폭발해도 그 절대 밝기는 똑같게 됩니다.

이 절대 밝기를 겉보기 밝기와 비교해 보면 그 초신성까지의 거리를 구해낼 수 있는 것입니다.

한편 천문학자 허블이 우주가 팽창한다는 사실을 알아낸 이후, 20세기 중반에 알랙산드르 프리드만, 조르주 르메르트, 조지 가모프 라는 천문학자 들은 우주가 한 점에서 시작 되어서 현재에 이르렀다는 빅뱅 우주론을 생각해 내었습니다.

하지만 당시 허블이 구한 우주의 나이가 겨우 30억년 밖에 되지 않아서 지구의 45억년 보다도 어리게 나오는 문제점이 대두되었습니다.

사실 이것은 허블이 은하 까지의 거리를 원래보다도 너무 가깝게 측정했기 때문이지만, 당시의 관측적 한계로 이 문제를 해결할 수 없었습니다.

이런 모순점을 해결하기 위하여 새로운 우주론이 등장 하였습니다.

프레드 호일, 토마스 골드, 헤르만 본디 라는 천문학자들은 우주가 한 점에서 시작됐다는 것을 믿을 수가 없었습니다.   그러나 우주가 팽창한다는 사실은 명백하게 관측되었기 때문에 다른 이론으로 설명해야만 하였습니다.

그래서 우주는 시작도 끝도 없으며 원래부터 무한했고, 은하 사이의 공간에서 새로운 물질이 계속 생겨나면서 팽창한다는 정상상태 우주론을 제안 하였습니다.

이 두 우주론은 1900년대 중반에 큰 논쟁을 불러 일으켰지만, 당시의 관측기술로는 이것을 증명할 방법이 없었습니다.

그러나 이후 발견되는 다양한 증거들은 빅뱅 우주론을 뒷받침 해 주었고, 현재는 우주가 빅뱅 이후에 현재까지 진화해 왔다는 것을 당연시하고 있습니다.

사실 재미있는 점이 한가지가 있는데, 이 빅뱅 이라는 용어는 정상상태 우주론을 주장하던 호일이 명명한 이름이라는 것입니다.

1950년대 호일은 한 라디오 프로그램에 출연해서 이렇게 말하였습니다.

'가모프의 주장에 따르면 우주의 모든 물질이 단순히 빵 터져서(Big Bang) 만들어 진 것이군요' 경쟁이론을 비꼬았던 이 말이 정말로 현재까지 정식 용어로 사용될 줄은 몰랐던 것입니다.

1979년 미국의 물리학자 앨런 구스는 지평선 문제를 비롯한 빅뱅 우주론의 여러가지 문제점을 해결하는 하나의 이론을 주장하였습니다.

바로 '급팽창 이론' 입니다.

우주가 빅뱅으로 태어난 이후 얼마 지나지 않아 빛보다 빠른 속도로 팽창하였다는 것이 주요 골자인데, 이를 적용하면 우주의 지평선 문제는 쉽게 해결되어 집니다.

현재 우주의 크기를 보면 도저히 빛의 속도로는 닿을 수 없는 거리이지만 과거에는 빛이 충분히 서로의 정보를 교환할 수 있을 정도의 크기였다는 것입니다.

현재 우주는 초기에 급팽창을 겪어 빛이 이동할 수 있는 거리보다 훨씬 커져 버렸습니다.

따라서 우리가 볼 수 있는 우주는 전체 우주의 극히 일부분이며, 우리가 그 끝을 확인할 방법은 없는 것입니다.

2014년 초 미국 하버드-스미스소니언 천체물리센터 연구진이 BICEP2 라는 망원경으로 급팽창이 일어날 때 생긴 중력파의 증거를 찾아냈다고 발표해서 학계에 큰 이슈가 되었으나, 아직 명확한 검증이 이루어 지지는 않은 상태 입니다.

만약 이런 중력파가 검출된다면 우리는 우주 탄생의 비밀에 한발짝 더 다가서는 셈이 되는 것입니다.

이상으로 초신성과 빅뱅에 대한 포스팅을 마치겠습니다.

좋은 하루 되세요^^

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