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‘우주 창문’ 더 크게 열린다


우리 우주를 뒤덮고 있는 암흑에너지의 정체는 무엇일까?

빅뱅(대폭발) 후 처음 만들어진 별과 은하는 어디에 있는가? 우주는 최후의 날에 찢어지며 종말을 맞이할까, 아니면 무한히 팽창할까?

우주의 과거, 현재, 미래를 통합할 거대 우주 탐사 작업이 최근 가시화되고 있다.

박창범 고등과학원 물리학부 교수는 지난달 열린 한국천문학회 학술대회에서 ‘거대 우주탐사의 신시대’라는 주제로 강연하며 “2000년대 들어 인류는 3차 표준 우주 모형을 세웠고 그 모형을 증명할 총체적인 우주 탐사를 시작할 것”이라고 밝혔다.

국내 천문학자들도 한국천문연구원을 중심으로 대형 망원경을 이용한 거대 탐사 프로젝트에 참가해 우주의 미스터리를 파헤칠 계획이다.



우주 최대 미스터리 암흑에너지
20세기 중반 우주가 대폭발로 태어났다는 것이 밝혀진 뒤 인류는 표준 우주 모형을 만들려고 노력해 왔다.

첫 번째 기본 모형은 우리 우주가 빅뱅 이후 평이하게 커졌고, 눈에 보이는 물질과 빛이 전부인 세계였다. 그러나 1970년대 후반 외부 은하를 관찰하면서 이 모형은 무너졌다.

1980년대 들어 두 번째 우주 모형이 나왔다. 천문학자들은 눈에 보이지 않는 암흑물질과 빅뱅 후 찰나적인 우주 급팽창(인플레이션) 현상 등을 추가했다.

박 교수는 “2000년대 들어 우주 최대의 미스터리 중 하나인 암흑에너지가 발견되면서 이를 포함한 세 번째 우주 모형이 나왔다”고 말했다.

암흑에너지는 공간 속에 존재하는 힘으로 중력과는 거꾸로 ‘서로 밀어내는 힘’이다. 우주 공간이 팽창하는 만큼 암흑에너지는 함께 늘어난다. 평범하게 팽창하던 우주는 암흑에너지가 너무 커지면서 지금은 가속페달을 밟아 갈수록 빠르게 팽창하고 있다. 은하 사이가 더 빠르게 멀어지는 것으로 우주여행가에게는 나쁜 소식이다.

미국 다트머스대 로버트 콜드웰 교수팀은 2003년 “암흑에너지가 ―1 이하면 220억 년 뒤에는 우주가 찢어지며 최후를 맞을 것”이라는 ‘빅 립(big lip) 이론’을 발표하기도 했다.




지름 30m, 42m 초대형 망원경도 추진
새로운 우주 모형을 증명하기 위해 과학자들은 지금보다 더 큰 우주 창문을 열 계획이다. 현재 가장 큰 우주 창문은 미국 하와이 섬 등에 있는 지름 10m급 대형 망원경이다. 이보다 두 배, 세 배 큰 망원경이 목표다.

현재 가장 앞선 것은 미국 카네기천문대를 중심으로 한 GMT 프로젝트다. 이 프로젝트는 2017년까지 약 6000억 원을 들여 지름 20m가 넘는 대형 망원경을 건설할 계획이다. 한국천문연구원도 예산이 확정되는 대로 이 프로젝트에 참가하기로 했다.

박병곤 천문연 박사는 “3월 호주에서 열린 GMT 워크숍에 참석해 참여 방안 등을 논의했다”며 “GMT는 8.4m 크기 거울 7개를 모아 대형 반사망원경을 만들 계획”이라고 설명했다.

두 프로젝트가 GMT와 경쟁하고 있다. 미국 캘리포니아공대를 중심으로 한 천문학자들은 지름 30m 크기의 대형 망원경을 만드는 ‘TMT 프로젝트’를 추진하고 있다. 육각형의 작은 거울 700여 장을 모자이크처럼 배열해 만드는 대형 망원경이다. 유럽남부천문대(ESO)는 비슷한 방식으로 지름 42m 크기 망원경을 만드는 ‘EELT’ 계획을 세우며 뒤늦게 뛰어들었다.





천문학자들은 이들을 이용해 우주에서 가장 먼저 태어난 은하 등을 관찰하고 우주의 팽창 속도도 잰다. 이런 정보를 종합해 암흑에너지의 성질을 규명하고 우리 우주의 미래를 풀어낸다. 천문학자들은 은근히 제2의 지구도 발견하기를 바라고 있다. 새로운 모형을 뒤엎고 또 다른 우주 모형이 탄생할 수도 있다.

박석재 천문연구원장은 “차세대 대형 망원경을 통해 인류는 우리 우주의 과거와 현재, 미래를 볼 수 있다”며 “한국도 프로젝트에 참가하면 10년 뒤에는 세계 최고 수준의 천문학 국가로 올라설 것”이라고 기대했다.







| 글 | 김상연 기자ㆍdream@donga.com |
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