"빅뱅 10억년 후, 우주의 시간은 '5배' 느렸다"

초기 은하 중심부에 자리한 초거대 질량 블랙홀 '퀘이사'를 표현한 일러스트. NASA, ESA.

아인슈타인의 일반상대성이론과 우주팽창론을 뒷받침할 우주의 흔적이 포착됐다. 빅뱅 발생 이후 10억년 당시 우주의 시간이 지금에 비해 5배 느리게 흘렀다는 사실이 관측된 것이다.

3일(현지시간) 제라인트 루이스 호주 시드니대 물리대 교수와 브랜던 브루어 뉴질랜드 오클랜드대 통계학과 교수 연구팀은 학술지 '네이처 아스트로노미'에 초기 은하 중심부에 있는 초거대 질량 블랙홀인 '퀘이사'를 관측해 초기 우주의 시간 지연 현상을 분석한 연구결과를 발표했다.   

'시간 팽창'으로도 불리는 시간 지연은 특수상대성이론과 일반상대성이론에 따른 현상으로, 관측자의 운동 상태 및 중력에 따라 어떤 두 사건 사이의 시간 간격이 다르게 측정되는 것을 말한다. 중력의 영향을 더 많이 받을 수록 시간이 느리게 흘러간다. 

연구팀은 지난 20년간 기록된 190개의 퀘이사 관측 데이터를 정밀 분석했다. 각 퀘이사에서 나오는 적·녹색광, 적외선 등의 서로 다른 파장을 종합해 관측했더니 파장의 모양을 표준화해 시계처럼 활용할 수 있었다.

이를 토대로 우주의 시간을 현 시점으로부터 10분의 1 정도 전으로 되돌렸더니 초기 우주에서는 시간이 지금보다 5배 느리게 흘렀다는 사실이 밝혀졌다. 또 우주가 나이를 먹음에 따라 시간이 흐르는 속도도 점점 빨라진다는 것도 확인했다. 

루이스 교수는 "우주팽창론에 따르면 초기 우주의 시간을 관측할 때 현재보다 시간이 훨씬 느리게 흐르는 것으로 보여야 한다"며 "우주 초기 은하의 퀘이사를 분석한 결과, 아인슈타인이 상대성이론에서 예측한대로 시간이 느리게 흐르는 시간 지연 현상이 나타났다"라고 연구의 결과를 설명했다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]