[스크랩] 2011 물리학상

2011년 노벨 물리학상은 우주가 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있다는 사실을 밝혀주는 초신성을 발견한 천문학자 3명에게 돌아갔다. 초신성은 태양보다 큰 거대한 별이 수축됐다 극적으로 폭발해 엄청난 에너지를 방출하면서, 한동안 은하의 별을 합친 것보다 밝게 빛나는 '별의 죽음' 현상을 말한다.

스웨덴 노벨위원회는 4일 "독특한 관측방법으로 먼 곳의 초신성을 관측해내 우주가 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있으며 이는 암흑에너지에 의해 이뤄진다는 사실을 발견한 솔 펄머터(52) 미국 버클리 캘리포니아대 교수와 브라이언 슈밋(44) 오스트레일리아국립대 교수, 애덤 리스(42) 미국 존스홉킨스대 교수 등 3명을 올해 노벨 물리학상 수상자로 선정했다"고 발표했다.
과학자들은 미국 천문학자 에드윈 허블이 1929년 우주가 팽창하고 있다는 사실을 증명한 뒤 그 팽창 속도를 측정할 수 있는 잣대로 초신성에 주목했다. 펄머터가 속한 미국 로런스 버클리 국립연구소의 초신성 우주론 프로젝트팀은 1987년 당시 발명된 캠코더의 전하결합소자(CCD)를 망원경에 장착시켜 수십개의 초신성을 찾아내고, 1998년 우주 팽창이 가속하고 있다는 결과를 도출했다. 슈밋과 리스가 속한 하이-제트 초신성 연구팀도 같은 시기에 똑같은 결론의 논문을 발표했다.

이들은 특히 우주가 가속팽창하기 위해서는 물질들 사이에 작용하는 중력에너지보다 큰 에너지가 있어야 한다는 사실을 밝혀냈다. 이 에너지는 이후 암흑에너지로 이름붙여졌으며 우주의 75% 정도를 차지하는 것으로 예측되고 있다.

우주는 팽창했다가 한계에 달한 어느 순간 다시 줄어들 것인가, 아니면 지속적으로 늘어날 것인가. 올해 노벨 물리학상수상자들은 최후의 순간에 빛을 내며 소멸하는 별을 관측해 천체물리학계의 오랜 의문으로 남아 있던 두 가설 중 우주가 점점 더 빨리 팽창하는 것이 진실이라는 것을 밝혀냈다.
우주는 지금으로부터 137억년 전 '빅뱅(big bang)'이라는 대폭발에서 시작됐다. 그때부터 우리가 알고 있는 세상 만물이 만들어지기 시작했다.

↑ 왼쪽부터 솔 펄머터, 브라이언 슈밋, 애덤 리스.

↑ 이미지를 클릭하시면 스냅샷으로 크게 볼 수 있습니다. / 조선닷컴

질량이 있는 물질은 서로 끌어당기는 힘, 즉 중력(重力)을 갖고 있다. 과학자들은 빅뱅 이후 우주에 점점 물질이 가득 차면 어느 순간 그 물질들 사이에 중력이 작용해 우주가 다시 빅뱅 초기처럼 한 점으로 모여들 것으로 생각했다. 박창범 고등과학원 교수는 "우주가 일순간에 팽창했다가 점점 중력 때문에 팽창 속도가 느려지면서 결국 줄어들 것이란 예측이었다"고 설명했다.

올해 노벨물리학상 수상자 세 명은 '초신성(超新星·supernova)' 관측을 통해 기존에 과학자들이 말하던 우주의 운명이 맞는지 확인했다.
초신성은 별이 수명을 다해 최후를 맞을 때 갑자기 100만배나 밝아지는 것을 말한다. 박창범 교수는 "초신성의 빛이 어느 정도 밝은지에 따라 지구에서 얼마나 떨어져 있는지 거리를 알 수 있다"며 "초신성은 우주 연구에서 거리를 재는 이른바 '표준 척도'로 쓰인다"고 말했다.
등대에서 멀어질수록 등대 불빛은 어둡게 보인다. 따라서 현재 눈에 보이는 밝기와 등대 불빛의 절대적인 밝기를 비교하면 나와 등대 사이의 거리를 알 수 있는 것과 같은 이치다.

펄머터 교수는 1988년부터, 슈밋·리스 교수팀은 1994년부터 각각 별도의 팀을 꾸려 지구로부터 100억 광년(1광년은 빛이 1년간 달린 거리) 떨어진 초신성 50개를 관측했다. 이 초신성들은 지구만한 크기지만 빛은 은하 전체와 맞먹는다. 절대적 밝기를 아는 것이다.

기존 이론은 빅뱅이후 우주의 팽창속도가 일정하다고 보았다. 연구진은 그에 따라 초신성의 거리와 밝기를 예측했다. 그런데 실제로 관측한 초신성은 그보다 더 어두웠다. 즉 우주가 점점 더 빨리 팽창하면서 초신성이 예상보다 멀어졌기 때문에 더 어둡게 보인 것이다. 우주가 예상보다 더 빠른 속도로 계속 팽창하고 있었던 것이다.
세 사람의 발견은 아인슈타인의 예측을 입증하는 것이기도 했다. 아인슈타인은 1917년 천체 간의 중력에 맞서 천체들을 밀어내는 힘인 척력(斥力)이 있어 힘의 균형을 이룬다는 가설을 내세웠다. 또 자신의 우주 방정식에 척력의 세기를 좌우하는 '우주 상수'도 도입했다.
우주 팽창은 아인슈타인이 말한 척력이 분명히 존재함을 보여주는 증거이다. 밀어내는 힘이 있어야 계속 우주가 팽창할 수 있기 때문이다.
아인슈타인이 말한 척력은 오늘날 '암흑 에너지(dark energy)'로 불린다. 우주의 74%는 암흑 에너지이며 22%는 질량은 있으나 빛을 내지 않는 암흑 물질로 추정되고 있다. 우리가 아는 빛을 내는 물질은 우주의 나머지 4%에 불과하다.

양홍진 한국천문연구원박사는 "우주 팽창 속도가 빨라졌다는 것은 팽창하는 힘이 중력을 이긴다는 것으로, 중력이 존재해도 우주가 계속 팽창할 가능성이 크다는 얘기"라며 "이 같은 우주론이 바로 이 세 과학자의 연구를 바탕으로 최근 15년 사이 새로 정립된 것"이라고 밝혔다.

이명균 서울대 물리천문학부 교수는 "아인슈타인이 별들이 중력에 의해 한곳으로 모이지 않는 현상을 놓고 임의로 우주론 상수를 넣었다가 뒷날 자신의 최대 실수라고 고백했지만, 이들 과학자에 의해 그의 예견이 맞는 것으로 밝혀져 이들의 업적은 '아인슈타인의 부활'이라고 불린다"며 "우주의 근본 특성을 밝혀낸 공로를 인정받아 노벨상을 받은 것 같다"고 말했다.


☞ 초신성(超新星·super nova)

태양처럼 스스로 빛나는 별(항성)이 수명이 다한 상태에서 갑자기 큰 폭발을 일으키며 순식간에 100만배가량 밝아지는 것. 사실은 죽음을 앞둔 별의 마지막 모습이지만 마치 새로 생겨난 별처럼 환하게 밝다고 해서 '초신성(超新星)'이라 불린다.

☞ 암흑 에너지(dark energy)

우주에서 밀어내는 힘을 가진 에너지. 질량을 가진 물질 사이에 서로 끌어당기는 중력만 있다면 우주가 한 점으로 수축했겠지만, 우주는 계속 팽창하고 있는 데서 중력보다 더 강한 밀어내는 힘이 있을 것으로 생각해 고안해낸 개념이다.

출처 : sun-star

글쓴이 : 크리슈나 원글보기

메모 :