제 목 출 처 보도일자 138억년 전 '빅뱅' 비밀 남극 망원경이 풀었다 중앙일보 2014. 03. 19(수) 하버드 스미스소니언 센터 발표 우주 급팽창의 증거 중력파 패턴 워낙 미미해 못 찾다 남극서 관측 남극 아문센 스콧기지에 설치돼 있는 망원경 바이셉(BICEP)2 의 모습. 뒤로 찬란하게 빛나는 오로라와 은하수가 보인다. 미국 하버드 스미스소니언 천체물리센터는 17일 이 망원경을 이 용해 우주 전자기파인 우주배경복사(CMBR) 에서 우주팽창의 흔적인 중력파 패턴을 찾아냈 다고 발표했다. [사진 미국과학재단]
우리가 살고 있는 우주가 138억 년 전 빅뱅(Big Bang 대폭발) 이후 급팽창(Inflation) 해서 만들어졌음을 보여주는 증거가 처음 관측됐다. 전문가들은 우주론과 입자물리 학의 새 장을 여는 혁명적인 발견 (고등과학원 물리학부 이석천 박사)이라고 평가했 다. 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 급 팽창할 때 생긴 중력파(gravitational wave)의 패턴을 발견했다 고 밝혔다. 급팽창 이론 은 우주가 빅뱅 직후 한순간에 무한대 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 구 조에 큰 변화가 생기며 물질 상태가 바뀌었고 이 과정에서 방출된 막대한 에너지
탓에 우주가 급팽창했다는 것이다. 미국 MIT 앨런 구스(67) 교수는 1980년대 이 같 은 이론을 처음 제시하면서 빅뱅 직후 10-34초~10-32초에 우주의 지름이 1043배, 부피는 10129배만큼 커졌다고 주장했다(연세대 이석영 천문우주학과 교수, 빅뱅 우주론 강의 ). 이 같은 급팽창 이론은 빅뱅 이론의 맹점을 보완해 주는 이론으로 각광받았다. 대 폭발로 우주가 만들어져 계속 팽창하고 있다 는 단순한 빅뱅 이론만으로는 우주가 균질한 이유를 설명하기 힘들었기 때문이다. 우주가 찰나의 순간 엄청난 크기로 팽 창했다 는 급팽창 이론이 이에 대한 답을 준 것이다. 이 같은 급팽창 이론은 지금껏 유력한 가설 에 불과했다. 그런데 이번에 미국 연 구팀이 실제 관측을 통해 그 근거를 찾아낸 것이다. 연구팀은 빅뱅 당시 방출된 에 너지가 전자기파 형태로 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 중력파에 의해서 만 생기는 것으로 알려져 있다. 중력파란 전자가 운동하며 만들어지는 전자기파처 럼, 중력이 요동치며 만들어지는 파동이다. 우주배경복사에 중력파의 패턴이 있다는 것은 빅뱅 직후 급팽창에 의해 중력이 격하게 요동쳤다는 증거라는 게 전문가들 설 명이다. 이 같은 중력파 패턴은 워낙 미미해 그간 찾아내기 힘들었지만 연구팀은 지구상에서 온도 습도가 가장 낮고 대기가 안정돼 있는 남극에 관측장비를 설치해 관측에 성공했다. 한국천문연구원 송용선 박사는 이번 발견에 대해 초기 우주에 대한 연구가 상상 의 세계에서 입증 가능한 과학의 세계로 들어서게 됐다 며 앞으로 10년 정도면 급 팽창이 일어난 과정도 밝혀낼 수 있을 것 이라고 전망했다. 김한별 기자 / idstar@joongang.co.kr
제 목 출 처 보도일자 우주, 빅뱅 뒤 급팽창 이론 입증 전 세계 흥분 한겨레 2014. 03. 19(수) 미국 하버드-스미스소니언 천체물리센터(CfA) 과학자들이 17일(현지시각) 미국 매사추세츠주 케임브리지에서 태초 우주 대폭발(빅뱅) 뒤 급팽창을 입증하는 연구 결과를 설명하는 기자 회견을 하고 있다. 왼쪽부터 클렘 프리케, 제이미 복, 차오린 쿠오, 존 코박이다. 아래 사진 은 이들이 남극에 설치한 전파망원경 바이셉을 활용해 포착한 원시 중력파의 패턴인데, 이 는 약 138억년 전 우주 대폭발 뒤 급팽창이 있었음을 확인해주는 증거다. 케임브리지/AP 뉴 시스 우주탄생 비밀 풀 증거 마침내 찾아 하버드-스미스소니언 천체물리센터 남극에 전파망원경 바이셉2 설치 우주배경복사 편광 패턴 관측 통해 급팽창 증거 원시 중력파 흔적 검출 급팽창 시기 규모도 규명돼 중력 정밀연구 단서도 줄 듯
우주는 거시 구조로 볼 때 왜 이토록 균일할까? 그러면서도 왜 물질이 이리저리 한 곳에 모여 은하, 항성, 행성을 이룰까? 그것은 우주 대폭발(빅뱅) 직후 빛보다도 빠 른 속도로 공간이 팽창한 이른바 급팽창 (인플레이션)의 순간이 있었기 때문이라는 게 현대 우주론의 오랜 설명이다. 이런 급팽창 시기에 중력 요동으로 생성된 중력의 물결인 중력파의 원시 흔적이 정 밀한 우주 관측을 통해 처음 검출됐다. 이는 태초에 급속 팽창의 단계를 거쳤기에 지금처럼 균일하고 평탄한 우주 공간이 이뤄졌다는 오랜 급팽창 이론을 확인해주는 강한 증거로 받아들여진다. 미국 하버드-스미스소니언 천체물리센터(CfA)는 17일(현지시각) 기자회견을 열어 남극에 설치한 전파망원경 시설 바이셉2 (BICEP2)를 통해 우주배경복사를 관측해 이런 결과를 얻었다 고 밝혔다. 기자회견은 인터넷으로 세계에 생중계됐다. 연구팀은 우주에서 날아오는 빛의 특정한 편광 성분( 원형 편광 )을 매우 넓은 우주 공간에서 관측해냈다. 이 편광은 중력파로 인해 생기는 것으로 알려졌기에, 연구팀 은 이런 편광의 우주 분포와 패턴을 관측하고 원시 중력파의 흔적만을 걸러내 이를 급팽창의 증거로 제시할 수 있었다.
위의 개념도는 약 138억년 전 우주 대폭발 직후 빛보다 빠른 속도로 공간이 팽창하는 급팽 창 단계를 거쳐 현재의 우주 공간이 만들어지는 과정을 보여준다. 아래 사진은 하버드-스미 스소니언천체물리센터(CfA) 연구팀이 남극에 설치한 전파망원경 바이셉을 활용해 포착한 원 시 중력파의 패턴인데, 이는 약 138억년 전 우주 대폭발 직후 급팽창이 실제로 일어났음을 확인해주는 증거다. 하버드-스미스소니언천체물리센터 제공 그동안 남극 지역에 천체 관측 시설을 갖추고 우주의 중력파를 검출하려는 경쟁이 치열하게 이뤄져 왔으며 지난해와 올해 초에도 남극 지역에 있는 다른 관측 시설의 연구그룹들(SPT 등)이 우주 편광 관측 결과를 발표했으나, 중력파에 의한 직접 효과 를 보여주지는 못했으며 관측 영역이 크지 않고 정밀도도 상대적으로 떨어져 크게 주목받지 못했다. 현대 우주론에 따르면 138억년 전 우주가 뜨거운 대폭발 이후 팽창하며 점차 식어 대폭발의 흔적이 매우 미미한 복사열로 전 우주 공간에 배경처럼 퍼져 있는데, 이 번 관측에선 중력파에 의해 생기는 빛의 편광 패턴을 그런 우주배경복사에서 찾아 냈다. 우주론을 연구하는 이석천 고등과학원(KIAS) 연구원은 빛은 물결과 달리 진 동방향과 진행방향이 직각을 이루는 편광 특성을 지니는데, 특히 특정 편광의 패턴 (원형 편광)은 중력파에 의해 생기기 때문에 우주배경복사에서 편광 패턴을 관측한 것은 곧 원시 중력파의 흔적을 찾은 것 이라고 말했다. 연구팀은 이런 편광 패턴을 분석해 급팽창이 대폭발 직후 10의 마이너스 37승 초 동안에 10의 16승 기가전자볼트(GeV)의 에너지 규모에서 일어났음을 보여주었다.
남극의 아문센-스콧 기지에 설치된 전파망원경 시설 바이셉 이 밤하늘을 수놓은 은하수의 빛을 받아 붉게 물들어 있다. 미국 하버드-스미스소니언 천체물리센터는 17일 이 시설을 통 해 우주배경복사를 관측해 우주 대폭발(빅뱅) 직후 급팽창으로 생성된 원시 중력파의 흔적 을 검출했다고 밝혔다. 남극/로이터 뉴스1 여러 과학매체는 이번 발견을 주요 기사로 크게 보도했다. 과학저널 <네이처>는 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 중요한 요소이지만 찾지 못했던 중력파의 존재 를 보여준 가장 직접적인 증거 라고 보도했다. 1980년 급팽창 가설을 처음 제시한 앨런 구스 교수(미국 매사추세츠공대 물리학)는 급팽창의 그림과 맞아떨어지는 완 전히 새롭고도 독립적인 우주론 차원의 증거 라며 환영했다. 이번 연구는 전자기력, 약력, 강력과 더불어 우주의 기본 힘이면서도 여전히 수수께 끼에 싸인 중력의 성질에 관해 더욱 정밀하게 연구할 수 있는 단서를 줄 것으로도 기대된다. 이석천 연구원은 우주배경복사의 편광 패턴을 관측하는 것과 다른 방법으로 중력 파를 검출하려는 연구 프로젝트들(LISA, LIGO)은 계속 진행될 것 이라며 이번 연구 에선 무엇보다 대폭발 우주론에서 급팽창이 언제 어느 정도의 에너지 규모에서 일 어났는지를 보여주는 증거를 제시했다는 점이 가장 눈에 띄는 성과 라고 말했다. 현대 우주론 모형에서, 우주는 138억년 전 특이점에서 대폭발을 일으켰으며 직후에 원자보다도 더 작은 우주 크기에서 축구공만한 우주 크기로 빛보다 빠르게 순간 팽 창하는 시기(급팽창)를 거쳐 균일 우주 의 토대를 마련했으며, 이후 계속 팽창하고 식으면서 지금 우주에는 우주 탄생의 흔적인 우주배경복사를 남긴 것으로 이해된 다. 오철우 기자 / cheolwoo@hani.co.kr 중력파 전기장이 흔들릴 때 나타나는 전파적 현상을 전자기파(빛)라고 정의하듯, 중력파는 중력 장이 흔들릴 때 나타나는 전파적인 현상을 말한다. 빛 속도로 전파되며 진동수가 있다. 잔잔한 물에 돌을 던지면 물결이 일고 거기에 파가 생기는데, 중력파도 중력의 변화로 생기는 중력장의 흔들림이 전파되는 것이다. 우주배경복사 우주가 팽창하면서 점차 식어 우주 전체에 남아 있는 우주 대폭발(빅뱅)의 흔적으로 우 주의 온도 라고 말 할 수 있다. 전 우주에서 고르게 관측되는 우주배경복사는 영하 270 도(절대온도 2.7K)이지만 국지적으로는 매우 미세한 차이가 나타난다.
美 하버드스미스소니언천체센터남극서발견검증통과하면`금세기최고의성과`노벨상감 제 목 출 처 보도일자 138억년전 빅뱅 그후 우주가 팽창하는 증거 `중력파` 찾았다 매일경제 2014. 03. 19(수) 美 하버드 스미스소니언 천체센터 남극서 발견 검증 통과하면 `금세기 최고의 성과` 노벨상감 남극 아문센-스콧 기지에 설치된 `바이셉2(BICEP2)` 망원경. 미국 하버드-스미스소니언 천체 물리연구센터가 17일 우주팽창 이론을 증명하는 연구성과를 발표하는 데 결정적인 역할을 했다. [사진 제공=하버드-스미스소니언 천체물리연구센터 로이터] 지금으로부터 138억년 전, 빅뱅(Bigbangㆍ우주 대폭발)이 일어났다. 찰나의 시간에 갑작스럽게 생겨난 우주는 팽창하기 시작했고 별과 행성이 만들어졌다. 이는 인간 이 속해 있는 거대 우주를 설명하기 위한 `이론`에 불과했다. 미국 과학자들이 이론으로만 설명할 수 있었던 우주 팽창의 직접적인 증거를 찾는 데 성공했다. 1916년 천재 과학자 알베르트 아인슈타인이 이론적으로 제시한 이후 98년 만의 일이다. 추가적인 검증을 통과한다면 금세기 최고 발견으로 벌써부터 노 벨 물리학상은 떼어 놓은 당상이라는 의견도 나오고 있다.
하버드 스미스소니언 천체물리센터 존 코벡 교수와 미국항공우주국(NASA), 미국 캘 리포니아공대, 미국 매사추세츠공대(MIT) 공동 연구진은 138억년 전 대폭발 이후 지금과 같은 우주가 생긴 `우주 인플레이션`의 증거인 `중력파(gravitational wave)`를 발견했다고 17일(현지시간) 밝혔다. 과학자들은 빅뱅으로 탄생한 우주가 10 ³⁵초 만에 부풀기 시작했고 10 ³²초 후에 급 속하게 팽창했다고 설명한다. 이것이 빅뱅 이후 우주의 팽창을 설명하는 `인플레이 션 이론`이다. 하지만 이를 확인할 수 있는 직접적인 증거인 중력파를 발견하지 못 했다. 빅뱅이 일어난 것은 확실한데 이를 증명할 `스모킹건(직접적인 증거)`이 없던 셈이 다. 박완일 고등과학원 물리학부 박사는 "블랙홀처럼 무거운 물질이 있으면 시공간이 휘어진다"며 "마찬가지로 중력에 큰 변화가 발생하게 되면 시공간으로 중력파의 파 문이 번져나가게 된다"고 말했다. 우주도 마찬가지다. 빅뱅 이후 우주의 급격한 팽창은 중력파를 만들어 냈고 이것이 시공간에 흔적을 남겼다. 연구진이 발견한 것이 바로 빅뱅 이후 발생한 중력파다. 연구진은 우주배경복사에 남겨진 중력파의 패턴을 발견했다. 연구에 참여한 앨런 구스 MIT 교수는 "처음 연구를 시작할 때 중력파를 발견할 것
이라고 예상하지 못했다"고 말했다. 연구를 이끈 코벡 교수는 "우주론 연구에서 가 장 중요한 목표 중 하나가 이뤄졌다"고 말했다. 연구진은 남극에 있는 망원경 `바이셉2`를 활용해 이 같은 흔적을 찾아냈다. 바이셉 2는 우주 전반에 퍼져 있는 배경복사를 관측할 수 있는데 중력파의 세기는 굉장히 작아 측정하기 어렵다. 따라서 진동도 없고 전파 방해도 없으며 대기도 가장 안정 적인 남극에 설치됐다. 이번 성과는 세계적 과학저널 `네이처`에 제출됐다. <용어 설명> 중력파 : 중력 변화에 따라 발생하는 파동의 일종이다. 잔잔한 호수에 돌을 던지 면 `파문( 波 紋 )`이 생기듯이 중력에 큰 변화가 생기면 인간의 `시공간`에도 파동이 생긴다. 우주배경복사 : 우주 전체에서 발견되는 파장으로 빅뱅이 발생한 뒤 발생한 뜨거 운 빛이 현재 관측되는 것을 말한다. 원호섭 기자 / wonc@mk.co.kr