남극 아문센·스콧기지에 설치돼 있는 망원경 ‘바이셉(BICEP)2’의 모습. 뒤로 찬란하게 빛나는 오로라와
은하수가 보인다. 미국 하버드·스미스소니언 천체물리센터는 17일 이 망원경을 이용해 宇宙 電磁氣波인
‘宇宙背景輻射(CMBRcosmic background radiation)’에서 우주팽창의 흔적인 重力波 패턴을 찾아냈다고
발표했다. [사진 미국과학재단]
보여주는 증거가 처음 觀測됐다. 전문가들은 “우주론과 입자물리학의 새 장을 여는 혁명적인 발견”(고등 과학원 물리학부 이석천 박사)이라고 평가했다. BBC 등 외신은 “노벨상 수상이 유력하다”고 전망했다.
미국 하버드·스미스소니언 천체물리센터는 17일(현지시간) 인터넷으로 전 세계에 생중계된 기자회견에서
“남극에 설치한 망원경 ‘바이셉(BICEP)2’를 이용해 우주가 급팽창할 때 생긴 重力波(gravitational wave)의
패턴을 發見했다”고 밝혔다.
‘급팽창 이론’은 우주가 빅뱅 직후 한瞬間에 無限大 크기로 팽창했다는 이론이다. 물은 상온에서 액체로
존재하지만 섭씨 100도 이상으로 올라가면 기체가 되고 섭씨 0도 이하로 떨어지면 고체인 얼음으로 바뀐다.
이처럼 우주도 빅뱅 직후 에너지 구조에 큰 變化가 생기며 물질 상태가 바뀌었고 이 과정에서 방출된 막대한
에너지 탓에 우주가 급팽창했다는 것이다. 미국 MIT 앨런 구스(67) 교수는 1980년대 이 같은 이론을 처음
제시하면서 빅뱅 직후 10-34초/10의 마이너스 34승 초~10-32초에 우주의 지름이 1043배, 부피는 10129
배만큼 커졌다고 주장했다(연세대 이석영 천문우주학과 교수, 『빅뱅 우주론 강의』).
이 같은 급팽창 이론은 빅뱅 이론의 맹점을 보완해 주는 이론으로 각광받았다. ‘대폭발로 우주가 만들어져
계속 팽창하고 있다’는 단순한 빅뱅 이론만으로는 宇宙가 均質한 理由를 설명하기 힘들었기 때문이다.
‘우주가 찰나의 瞬間 엄청난 크기로 팽창했다’는 급팽창 이론이 이에 대한 답을 준 것이다.
이 같은 급팽창 理論은 지금껏 유력한 ‘假說’에 불과했다. 그런데 이번에 미국 연구팀이 實際 觀測을 통해
그 根據를 찾아낸 것이다. 연구팀은 빅뱅 當時 放出된 에너지가 電磁氣波 形態로 남아 있는 ‘우주배경복사
(宇宙背景輻射·CMBR)’의 편광(偏光)을 분석해 ‘B-모드(mode)’라고 불리는 패턴을 찾아냈다. 이 패턴은
重力波에 의해서만 생기는 것으로 알려져 있다. 重力波란 電子가 運動하며 만들어지는 電磁氣波처럼,
重力이 搖動치며 만들어지는 波動이다. 宇宙背景輻射光에 重力波의 패턴이 있다는 것은 빅뱅 직후 급팽창에
의해 重力이 격하게 요동쳤다는 증거라는 게 전문가들 설명이다. 이 같은 重力波 패턴은 워낙 微微해 그간
찾아내기 힘들었지만 연구팀은 地球上에서 溫度·濕度가 가장 낮고 大氣가 安定돼 있는 南極에 관측장비를
설치해 觀測에 成功했다.
한국천문연구원 송용선 박사는 이번 發見에 대해 “初氣 宇宙에 대한 연구가 想像의 世界에서 立證 可能한
科學의 世界로 들어서게 됐다”며 “앞으로 10년 정도면 급팽창이 일어난 過程도 밝혀낼 수 있을 것”이라고
전망했다.
김한별 기자 <idstar@joongang.co.kr>