우주는 이론에 맞지 않을 만큼 너무 빨리 확장되고 있다: 허블 긴장이 위기에 처하다

우주는 정말 빠르게 확장되는 것 같아요. 너무 빠르기도 하죠.

새로운 측정 결과는 이전의 -- 그리고 많은 논란을 불러일으켰던 -- 결과에서 나타난 바를 확인시켜 주었습니다. 즉, 우주는 이론적 모델에서 예측한 것보다, 그리고 우리의 현재 물리학 이해로 설명할 수 있는 것보다 더 빠른 속도로 확장되고 있다는 것입니다.

모델과 데이터 간의 이러한 불일치는 허블 텐션(Hubble tension)으로 알려졌습니다. 이제 Astrophysical Journal Letters 에 게재된 결과는 더 빠른 팽창 속도를 더욱 강력하게 뒷받침합니다.

연구팀을 이끈 댄 스콜닉은 "이제 긴장이 위기로 바뀌었습니다."라고 말했습니다.

허블 상수라고 알려진 우주의 팽창 속도를 결정하는 것은 에드윈 허블이 우주가 팽창하고 있다는 사실을 처음 발견한 1929년 이래로 주요 과학 연구 주제였습니다.

듀크 대학교 물리학 조교수인 스콜닉은 이를 우주의 성장 차트를 만들려는 시도로 설명합니다. 우리는 빅뱅 당시 우주의 크기가 어땠는지 알고 있지만, 어떻게 지금의 크기가 되었을까요? 그의 비유에 따르면, 우주의 아기 사진은 먼 우주, 즉 은하의 원시 씨앗을 나타냅니다. 우주의 현재 헤드샷은 은하수와 그 주변을 포함하는 지역 우주를 나타냅니다. 우주론의 표준 모형은 두 가지를 연결하는 성장 곡선입니다. 문제는 사물이 연결되지 않는다는 것입니다.

스콜닉은 "이것은 어떤 면에서 우리의 우주론 모델이 깨졌을 수도 있다는 것을 의미합니다."라고 말했습니다.

우주를 측정하려면 우주 사다리가 필요합니다. 우주 사다리는 천체까지의 거리를 측정하는 데 사용되는 일련의 방법이며, 각 방법 또는 "계단"은 이전 방법에 의존하여 교정합니다.

스콜닉이 사용한 사다리는 별도 팀이 DESI(암흑 에너지 분광 기구)의 데이터를 사용하여 만들었습니다. DESI는 키트 피크 국립 천문대에서 매일 밤 10만 개가 넘는 은하를 관측하고 있습니다.

스콜닉은 이 사다리가 우리 은하계에서 가장 가까운 은하계 단 중 하나인 코마 성단까지 더 정확한 거리를 두고 지구에 더 가깝게 고정될 수 있다는 것을 알아냈습니다.

"DESI 협업은 정말 어려운 부분을 해냈어요. 그들의 사다리는 첫 번째 가로대가 없었어요." 스콜닉이 말했다. "저는 그것을 얻는 방법을 알고 있었고, 그것이 우리가 얻을 수 있는 가장 정확한 허블 상수 측정 중 하나를 제공할 것이라는 것을 알고 있었기 때문에, 그들의 논문이 나왔을 때, 저는 모든 것을 완전히 포기하고 쉬지 않고 이 작업을 했습니다."

스콜닉과 그의 협력자들은 템플턴 재단의 자금 지원을 받아 코마 성단까지의 정확한 거리를 알아내기 위해 성단 내의 12개 Ia형 초신성의 광도 곡선을 사용했습니다. 촛불이 어두운 길을 비추는 것처럼, Ia형 초신성은 거리와 상관관계가 있는 예측 가능한 광도를 가지고 있어 거리 계산에 신뢰할 수 있는 대상이 됩니다.

연구팀은 약 3억 2천만 광년 떨어진 곳에 도달했는데, 이는 지난 40년간의 연구에서 보고된 거리 범위의 거의 중앙에 해당합니다. 이는 연구의 정확성을 확신시켜 주는 신호입니다.

"이 측정은 허블 긴장 이야기가 어떻게 끝날지에 대한 우리의 생각에 의해 편향되지 않았습니다." 스콜닉이 말했다. "이 성단은 우리 뒷마당에 있으며, 그것이 얼마나 중요할지 아무도 알기 훨씬 전에 측정되었습니다."

이 고정밀 측정을 첫 번째 단계로 사용하여 팀은 나머지 우주 거리 사다리를 교정했습니다. 그들은 허블 상수에 대한 값을 메가파섹당 초당 76.5킬로미터로 도출했는데, 이는 본질적으로 지역 우주가 326만 광년마다 초당 76.5킬로미터 더 빨리 확장되고 있다는 것을 의미합니다.

이 값은 지역 우주의 팽창 속도에 대한 기존 측정값과 일치합니다. 그러나 이러한 모든 측정값과 마찬가지로 먼 우주의 예측을 사용하여 허블 상수를 측정한 값과 충돌합니다. 다시 말해, 다른 팀이 최근에 측정한 우주의 팽창 속도와 일치하지만, 우리의 현재 물리학 이해에서 예측하는 것과는 일치하지 않습니다. 오랜 의문은 측정값에 결함이 있는지, 아니면 모델에 결함이 있는지입니다.

스콜닉 팀의 새로운 결과는 허블 장력의 근원이 모델에 있다는 새로운 그림을 엄청나게 뒷받침합니다.

"지난 10년 정도 동안, 제 팀의 원래 결과가 정확한지 확인하기 위해 커뮤니티에서 많은 재분석이 있었습니다." 표준 물리학 모델을 사용하여 예측된 허블 상수에 지속적으로 도전한 연구를 수행한 스콜닉의 말입니다. "궁극적으로, 우리가 많은 부분을 교체하더라도, 우리는 여전히 매우 비슷한 숫자를 얻습니다. 그래서 저에게는 이것이 그 어느 때보다 좋은 확인입니다."

"우리는 25년 동안 사용해 온 모델에 대해 정말 강하게 압박하고 있으며, 상황이 일치하지 않는다는 것을 보고 있습니다." 스콜닉이 말했다. "이것은 우리가 우주에 대해 생각하는 방식을 바꿀 수 있으며, 흥미진진합니다! 우주론에는 여전히 놀라운 것이 남아 있고, 다음에 어떤 발견이 있을지 누가 ​​알겠습니까?"

이 연구는 템플턴 재단, 에너지부, 데이비드 앤 루실 패커드 재단, 슬론 재단, 국가 과학 재단 및 NASA의 자금 지원으로 수행되었습니다.


출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250117161235.htm

댓글 없음

아름다운 덧글로 인터넷문화를 선도해 주세요