우주를 이해하기 위한 첫걸음, 암흑에너지는 진짜일까?

암흑에너지는 무엇일까

우주 팽창론

[객원 에디터 4기 / 황시후 기자]

암흑 에너지 혹은 암흑 물질을 아는가?

1929년, 미국의 천문학자 에드윈 허블 (Edwin Powell Hubble)은 미래 천문학에 아주 중요한 영향을 끼친 논문을 발표한다. 논문의 내용은 먼 은하일수록 빠른 속력으로 멀어지고, 그 속력은 지구에서부터 그 은하까지의 거리와 비례 관계에 있다는 것이다. 그의 논문을 통해 천문학자들은 우주가 팽창한다는 것을 알게 된다.

결과적으로 그의 발표 이후, 많은 과학자가 현재의 우주 팽창의 이유를 연구했고, 빅뱅에 급격한 팽창 때문이라고 결론을 내렸다. 우주의 탄생 직후, 풍선이 늘어났다가 줄어드는 것처럼, 그들은 팽창 속력이 줄어들 것이라고 예측했다. 하지만 1990년대 미국의 사울 펄무터(Saul Perlmutter) 박사의 연구진과 호주 브라이언 슈미트(Brian Schmidt) 박사 연구진은 각각 독립적으로 우주의 팽창 속도를 관측하고 했고, 두 연구진은 1998년에 각각 관측 결과를 발표하였는데, 놀랍게도 우주의 팽창 속도는 느려지는 것이 아니라 빨라지고 있었다.

붉은빛 고리는 우주를 수축시키는 중력을, 용수철은 우주를 팽창시키는 암흑 에너지를 상징한다. 빅뱅 이후, 중력이 우주 팽창을 감속시키고 있지만, 시간이 흐른 위쪽에서는 점점 암흑 에너지의 힘이 커지면서 우주가 더 빨리 팽창한다. 

과연 어떻게, 우주는 가속 팽창을 했을까? 

천문학자들은 이 이유를 ‘암흑 에너지 (dark energy)’로 설명한다. 우주가 팽창하기 위해선 물질 간의 끌어당기는 힘인 중력을 이길 수 있는 에너지가 필요한데, 팽창 가속시키는 에너지가 암흑 에너지라는 것이다.

연구에 의하면 우주를 구성하는 물질 중 암흑 에너지가 차지하는 비율은 73%나 된다고 한다. 23%가 암흑물질이고, 우리가 관측할 수 있는 보통의 물질은 4%에 불과하다. 그 4%의 대부분은 성간 먼지와 기체이고, 별과 은하를 구성하는 물질은 불과 0.4%이다. 하지만 암흑 에너지의 정확한 정체는 현재 과학으로는 알 수가 없다고 한다. 다만 과학자들은 그 정체를 우주의 팽창을 이끄는 유령 같은 힘으로, 잡아당기는 힘과 반대인 멀어지게 하는 성질인 척력(repulsive force)을 가진다고 설명했다. 

The Science Times에 따르면 우주 공간이 아무리 팽창하더라도 암흑 에너지는 엷어지지 않는다. 우주가 팽창하면 옅어질 암흑물질이나 보통의 물질과는 다르게, 암흑 에너지는 그렇지 않다. 과학자들은 암흑 에너지가 공간 그 자체가 가진 에너지라고 생각한다. 그래서 우주가 팽창하여 공간이 확대되어도 늘 같은 밀도의 암흑 에너지가 존재할 수 있다. 

하지만, 암흑 에너지의 존재를 입증하는 문제를 놓고 논란이 끊이지 않고 있다. 미국 캐니언 컬리지(Keynon College)의 컴퓨터 우주론자인 톰 기블린(Tom Giblin) 교수는 “그동안 암흑 에너지의 존재를 입증하기 위해 노력해왔지만 아직까지 이들의 이론을 입증할 시뮬레이션을 만들어내지 못했다”라고 말했다.