[ys과학] 우주의 대수축 이론을 처음 발표한 한국의 천문학자

우주의 시작은 빅뱅이었고, 우주는 현재 점점 팽창하고 있다는 이론에 대해 지금까지 과학자들은 대부분 동의해 왔다. 그러나 우주가 어떻게 끝날 것인지 종말에 대해서는 논란이 많았다. 연세대학교 천문우주학과 이영욱(Young Wook Lee) 교수 연구팀은 300개의 초신성을 동시에 관측 분석한 결과, 암흑 에너지라는 미지의 힘에 의해 우주가 팽창을 멈추고 수축하게 될 것이라는 대수축(big crunch) 이론을 2025년 10월 16일 발행된 영국왕립천문학회지(RAS)에 발표하여 세계 천문학계를 놀라게 했다. ​

그의 논문은 국내외 언론에 다수 소개되었으며, <BBC News>의 Pallab Ghosh 기자는 2025년 12월 27일 이 교수의 논문을 ‘지난 1세기 동안 이루어진 최대 천문학 발견의 하나‘라는 해설 기사를 실었다. ​

이영욱 교수 팀의 새로운 주장에 대해 의문을 제기하는 과학자는 있지만, 그의 이론을 반박할 이론은 현재까지 나오지 않고 있다. 이 교수의 이론을 이해하려면 암흑 에너지에 대한 지식이 필요하다.

암흑 에너지란? ​

빅뱅은 138억 년 전에 일어났다. 그 이전까지 우주가 한 점의 상태로 뭉쳐있게 했던 힘은 거대한 중력이었다. 그러나 중력에 변화가 생기면서 우주는 폭발하게 되었다. 이때 중력에 변화를 일으킨 것이 암흑 에너지(dark energy)라는 것이다. 암흑 에너지의 dark는 어둡다는 뜻보다 ‘알 수 없다’는 뜻이므로, 암흑 에너지 = 미지 에너지라고 생각해야 할 것이다. ​

우주의 가장자리에 있는 은하들은 거리가 멀수록 그들 사이에 작용하는 중력의 영향이 약해질 것이다. 그리고 중력이 약하게 작용하면 그들의 멀어지는 속도가 감소하게 될 것이다. ​

우주가 팽창하는 이유를 설명하려면 중력에 반대되는 힘 즉 미지의 힘(암흑 에너지)이 존재해야 한다. 우주를 팽창시키는 힘 즉 암흑 에너지가 존재한다는 관측 결과는 28년 전인 1998년에 발표되었다. 초신성들의 거리와 나이와 밝기 등을 관측하던 과학자들이 우주의 팽창 속도가 감소하는 것이 아니라 은하들 사이의 거리는 점점 멀어지고 있다는 결과를 밝힌 것이다.

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2011년의 노벨물리학상은 1a 초신성(type 1a supernova)(type one-A)이라는 천체를 중심으로 초신성들의 거리를 관측한 결과 우주가 팽창하고 있다는 결론을 1998년에 발표한 3인의 천문학자 페리뮤터(Saul Perimutter, 캘리포니아대학), 슈미트(Brian Schmit, 오스트레일리아국립대학), 리스(Adam Riess, 존홉킨스대학)에게 공동 수여되었다. 이후 대부분의 과학자들은 우주팽창설을 더욱 확신하게 되었다. ​

암흑 에너지는 누구도 직접 관측하지 못했고, 확실하게 설명할 수 없으며, 그러면서 부정할 수 없는 우주를 점점 빠른 속도로 팽창하게 하는 이론상의 우주 에너지이다. 과학자들은 우주는 전체의 70%가 암흑 에너지이고, 27%는 암흑물질, 그리고 나머지 3%가 우리가 볼 수 있는 모든 별과 일반 물질이라 한다.

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중력은 두 물체가 서로 끌어당기는 힘이다. 이와 반대로 암흑 에너지는 서로 밀어내어 은하들로 하여금 일정한 비율로 점점 멀어지도록(팽창하도록) 하는 에너지이다.

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우주 대수축 이론의 근거 ​

지금까지 정설로 받아들여진 우주팽창에 반대되는 우주 수축 이론을 발표한 이영욱 교수팀은 ‘우주는 여전히 팽창하고 있지만 더 이상 가속되지 않을 것’이라는 결론을 내렸다. 그의 이론 근거는 28년 전 3인의 천문학자들이 행한 거리 측정 때 이용한 초신성의 나이와 밝기와 거리 측정에 오류가 있음을 발견하고, 이를 보정하여 300개에 이르는 초신성과의 거리를 측정 분석하여 결론을 얻은 것이다. 이 교수 팀은 그들의 이론을 더욱 확실히 하기 위해 2개의 팀을 꾸려 독립적으로 관측 분석한 결과 동일한 결과를 얻은 것이다.

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암흑 에너지가 우주를 계속 팽창시킨다면 마지막에는 전부 분리되어 흩어질 것이다. 그러나 반대로 암흑 에너지가 약해진다면 우주는 다시 수축을 시작할 것이다. 최근 천문학자들은 암흑 에너지 스펙트로망원경(Dark Energy Spectroscope Instrument, DESI)이라는 장비로 관측한 결과에서도 암흑 에너지가 점차 약해지고 있는 것으로 나타난다고 한다. 이제까지 우주는 팽창하고 있다고 믿어온 이론이 이제부터는 우주 대축소 이론으로 바뀌게 될 전망이다.

참고: BBC Newｓ：Dark energy just got even weirder and why the Universe may end in a ‘Big Crunch’ ​