"우주 팽창시키는 암흑에너지, 점점 줄어…표준모형 수정해야 할지도"

현대 우주 표준 모형은 약 137억년 전 대폭발인 '빅뱅'을 시작으로 우주가 급격히 팽창하며 어떻게 진화했는지 설명한다. NASA, WMAP Science Team 제공

우주의 역사를 설명하는 이론인 '표준 우주 모형'에 따르면 우주는 빅뱅 이후 계속 팽창하고 있다. 우주 팽창의 원인인 암흑에너지는 일정하게 유지되는 '상수'로 취급된다.

과학자들이 3년간 수집한 천문 데이터를 기반으로 암흑에너지가 지난 45억년 동안 감소했다는 분석 결과를 내놨다. 이번 분석 결과대로라면 우주의 팽창 속도가 점점 줄고 있어 현재 표준 모형을 수정해야 한다는 전망이 나왔다.

암흑에너지분광장비(DESI) 프로젝트 공동연구팀은 3년 동안의 데이터를 기반으로 우주를 팽창시킨 암흑에너지의 밀도가 지난 45억년 동안 약 10% 줄었다고 분석한 결과를 19일(현지시간) 미국 물리학회에서 발표했다.

표준 모형에 따르면 암흑에너지가 일정한 값일 때 우주는 점점 더 빠른 속도로 팽창해야 한다. 연구팀은 지난해 4월에 DESI로 관측한 1년 치 데이터를 기반으로 암흑에너지가 상수가 아닌 변수일 가능성이 있다고 예측한 바 있다. 이번 발표는 3년 치 데이터를 분석한 결과로 더 강한 증거를 제시한 셈이다.

2021년 시작된 DESI는 전 세계 약 70개 기관의 연구자 900명 이상이 참여한 대규모 국제 프로젝트다. DESI 프로젝트는 미국 애리조나주 키트피크 산꼭대기에 위치한 5000개의 작은 광섬유 로봇으로 이뤄진 망원경을 통해 먼 은하에서 나온 빛의 스펙트럼을 정밀하게 관측한다.

DESI 연구팀은 망원경 관측 데이터를 활용해 사상 최대 규모의 3차원(3D) 우주 지도를 만들고 초기 은하의 분포 등 우주 팽창 속도를 파악해 우주 진화의 역사를 재구성하는 것이 목표다.

우주 초기에 존재한 '중입자'는 진동하며 연못에 자갈을 던졌을 때처럼 파동을 일으켰다. 수십억 년이 지난 지금도 중입자의 희미한 파문을 볼 수 있다. 이를 중입자 음향 진동(BAO)이라고 한다. 연구팀은 BAO 데이터를 우주에서 자처럼 활용해 은하의 분포 패턴을 파악하고 우주가 얼마나 빠르게 팽창했는지 분석했다.

연구팀은 지난해 발표한 내용보다 5배 많은 데이터인 3000만개 이상의 은하와 퀘이사 관측 데이터를 분석했다. 퀘이사는 은하 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀이 가스와 먼지를 흡수하며 밝은 빛을 내는 천체를 말한다. 분석 결과 암흑에너지의 밀도는 45억년 전보다 약 10% 낮아진 것으로 나타났다.

아직 과학자들은 DESI의 분석 결과로 암흑에너지가 상수라는 기존 이론을 완전히 배제하기에는 충분치 않다고 본다. 하지만 DESI 프로젝트 계획에 따라 7년간 데이터를 축적한다면 결론을 바꿀 수도 있을 것으로 예상된다.

우주의 기원과 역사를 밝혀낼 천문 데이터는 2023년 발사된 유럽우주국(ESA)의 유클리드 우주망원경과 올해 가동 예정인 칠레의 베라 루빈 천문대에서도 수집될 예정이다.

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]