천문연, 허블갈등 등 현대 우주론 위기 해법 제시

[충청뉴스 이성현 기자] 한국천문연구원은 샤피엘루 알만(Shafieloo Arman) 책임연구원이 이끄는 국제연구팀은 표준우주모형에서 발생하는 허블갈등을 검증하는 이론과 수식을 개발하고 허블갈등 해소를 위해서 초기 우주에 수정된 물리 법칙을 도입해야 한다고 밝혔다.

우주는 매 순간 팽창하고 있으며 팽창 속도는 점점 더 빨라지고 있다. 그러나 아직까지 우주를 가속팽창시키는 이 에너지를 명확히 규명하지 못해 천문학자들은 ‘암흑에너지(Dark energy)’라는 이름을 붙여 연구하고 있다. 암흑에너지는 우주의 에너지 중 약 68%를 차지한다.

암흑에너지의 정체를 밝히기 위해서는 가장 먼저 풀어야 할 난제가 있다. 허블상수를 정밀하게 측정해 허블상수의 오차를 해결하는 것이다. 허블상수를 측정하는 방법은 크게 두 가지로 변광성과 초신성의 관측을 통한 측정과 우주배경복사 및 표준우주모형을 바탕으로 한 측정이 있다. 최근 연구에 의하면 두 가지 방법으로 계산된 허블상수에 큰 차이가 있으며(1Mpc 당 초속 73㎞와 68㎞), 이를 허블갈등이라 부른다.

이론천문학자들은 허블갈등을 해결하기 위해 암흑에너지의 물리적 성질을 조금씩 변화시키거나 표준우주모형을 수정해왔다.

샤피엘루 알만 박사의 연구팀은 ‘플랑크’ 인공위성에서 측정한 우주배경복사, ‘슬로운디지털천구측량’(SDSS)에서 측정한 우주 3차원 지도, 초신성 관측자료인 ‘판테온+’와 ‘슈즈’(이하 SH0ES)를 활용해 허블갈등을 해소할 수 있는지 검증하는 방법론을 개발했다.

연구팀은 후기 우주, 즉 가까운 우주의 물리법칙 수정을 통해 허블갈등을 해소할 수 없음을 밝혀냈다. 즉, 허블갈등을 해결하기 위해서는 초기 우주의 물리법칙을 수정하거나, 기존 허블상수 측정방법 외에 중력파 등을 이용한 측정이 절대적으로 필요함을 의미한다.

이 연구를 이끈 알만 샤피엘루 박사는 “이번 결과는 더 이상 후기 우주에 새로운 물리학을 도입하려는 시도는 효과가 없다는 것을 의미한다. 이제부터는 허블갈등을 해소하기 위해 관측 데이터에 존재할 수 있는 오차를 좀 더 깊이 분석하거나 초기 우주의 새로운 물리법칙을 찾아야한다”고 말했다.

중력파우주연구단 단장 이형목 교수는 “다양한 우주론 데이터에는 무작위 오차와 계통 오차가 있을 수 있는데, 아직까지 우리는 계통 오차에 대해 잘 모르는 경우가 많이 있다”며 “현재 중력파 등을 이용한 독립적인 허블상수 측정을 위한 노력이 이루어지고 있어 적어도 계통 오차의 한 측면은 조만간 밝혀지리라 생각한다”고 밝혔다.