"우주 가속팽창 맞다" 노벨상 수상자 재반박…연세대 연구팀 재·재반박

왼쪽부터 이영욱 연세대 천문우주학과·은하진화연구센터 교수, 박승현 박사후연구원, 정철 연구교수, 조혜전 연구교수, 임동욱 연구교수, 손준혁 박사후연구원. 연세대 제공

2011년 노벨물리학상 수상으로 이어진 '우주 가속 팽창' 이론을 둘러싼 논쟁이 이어지고 있다. 기존 이론에 반박한 연세대 연구팀의 논문을 당시 노벨상 수상자가 참여한 영국 연구팀이 재반박한 데 이어 연세대 연구팀이 약 두 달 만에 다시 반박 논문을 발표했다. 

연세대는 이영욱 천문우주학과 교수팀이 우주 가속 팽창 이론을 옹호한 영국 사우스햄턴대 연구팀의 반박 논문을 재분석해 주요 분석 과정에서 오류를 확인했다고 27일 밝혔다. 연구결과는 이날 국제학술지 '왕립천문학회 월보(MNRAS)'에 게재됐다.

현재 표준 우주론에서는 '우주 가속 팽창'이 통념으로 여겨진다. 우주가 암흑에너지의 영향으로 점점 빠르게 팽창하고 있다는 것이다. 당시 우주 가속 팽창 연구를 진행한 애덤 리스·브라이언 슈미트·솔 펄머터는 2011년 노벨물리학상을 공동 수상했다.

연세대 연구팀은 지난해 Ia형 초신성의 나이에 따른 밝기 차이를 기존 분석에서 충분히 고려하지 않았다고 지적했다. Ia형 초신성은 '표준 촛불'로 불리며 밝기가 일정하다는 가정 하에 우주 거리 측정에 활용된다. 밝기 차이를 보정하면 우주는 더 이상 가속 팽창하지 않고 이미 감속 단계에 들어섰으며 암흑 에너지도 시간에 따라 약해진다는 연구결과를 'MNRAS'에 발표했다.

노벨상 수상자인 애덤 리스 존스홉킨스대 교수와 브라이언 슈미트 호주국립대 교수가 참여한 영국 사우스햄턴대 연구팀은 지난 6월 같은 학술지에 반박 논문을 발표했다. 초신성의 밝기와 나이 사이 관계가 연세대 연구팀이 제시한 것보다 약하고 필요한 보정값도 크지 않아 우주가 여전히 가속 팽창한다고 주장했다.

연세대 연구팀은 27일 발표한 논문에서 사우스햄프턴대 연구팀의 분석에 두가지 오류가 있다고 지적했다. 초신성의 나이와 밝기 사이 관계를 분석하면서 지나치게 넓은 적색편이 범위의 초신성을 하나의 표본으로 묶어 나이에 따른 밝기 변화가 실제보다 작게 측정됐다고 분석했다.

연구팀은 "초신성의 나이 변화량이 작아지면 나이에 따른 밝기 변화의 기울기는 반대로 커진다"며 "두 효과를 함께 고려하지 않은 것이 두번째 오류"라고 설명했다. 두 효과를 모두 반영하면 초신성의 나이에 따른 보정값과 기존 팽창 여부 결론이 크게 달라지지 않는다고 반박했다.

이영욱 교수는 "연구결과는 다른 방식으로 우주 팽창을 측정하는 암흑에너지 분광장비(DESI)의 바리온음향진동(BAO) 관측 결과와 일치한다"며 "현재까지의 관측 결과를 바탕으로 우주의 가속 팽창과 우주상수 형태의 암흑에너지에 대한 해석을 다시 검토할 필요가 있다"고 말했다.

연구팀은 현재 추가 검증을 위해 전체 적색편이 구간에서 비슷한 나이의 젊은 은하에서 발생한 초신성만을 비교하는 연구를 진행 중이다. 이 교수는 "향후 베라 C. 루빈 천문대에서 확보할 대규모 초신성 표본을 활용하면 검증을 보다 정밀하게 수행할 것으로 기대된다"고 덧붙였다.

베라 C. 루빈 천문대는 세계 최대 디지털카메라를 장착한 천문대로 지난 6월 말부터 10년에 걸쳐 하늘을 반복 촬영해 소행성·혜성·초신성 등 천체 현상을 실시간으로 포착하는 '시공간 유산 탐사'를 시작했다.

<참고 자료>
doi.org/10.1093/mnras/stag797
doi.org/10.1093/mnras/staf1685
doi.org/10.1093/mnras/stag1513

[문혜원 기자 moony@donga.com]