전문가들은 처음으로 퀘이사를 "시계"로 사용하여 우주 시간의 팽창을 측정했고, 아인슈타인의 이론이 옳았음을 확인했습니다.
우주에서 가장 밝은 천체로 여겨지는 퀘이사의 그림. 이미지 제공: NOIRLab/NSF/AURA/J. Da Silva
과학자들은 초기 우주의 시간이 오늘날보다 5배 느리게 흘렀던 것으로 보인다고 밝혔다고 AFP 통신이 7월 3일 보도했습니다. 이는 과학자들이 퀘이사를 "시계"로 사용하여 이러한 특이한 현상을 확인한 첫 번째 사례입니다.
시드니 대학교의 천체물리학자이자 학술지 네이처 애스트로노미에 발표된 새로운 연구의 주저자인 게라인트 루이스에 따르면, 아인슈타인의 상대성 이론은 우주가 팽창하기 때문에 우리가 먼 우주를 느리게 움직이는 것처럼 인식할 것이라고 예측합니다.
우주의 나이는 약 138억 년으로 추정됩니다. 연구자들은 이전에 초신성(매우 밝은 별의 폭발) 관측을 "우주 시계"로 사용하여 우주의 나이가 현재의 절반이었을 때 시간이 두 배로 느려졌다는 것을 입증했습니다.
새로운 연구는 초신성보다 훨씬 밝은 퀘이사를 이용하여 우주의 역사를 더 깊이 이해하려고 합니다. 이 연구에 따르면, 우주 탄생의 계기가 된 빅뱅 이후 10억 년이 넘는 시간이 흐른 지금, 시간의 흐름은 현재의 약 5분의 1 정도에 불과한 것으로 나타났습니다. 이러한 현상을 우주 시간 팽창이라고 합니다.
우주 시간의 팽창을 측정하기 위해 루이스와 오클랜드 대학교의 통계학자 브렌던 브루어는 20년 동안 수집된 190개의 퀘이사 데이터를 분석했습니다. 퀘이사는 멀리 떨어진 은하 중심에 있는 초거대 블랙홀이 주변 물질을 "삼키고" 극도로 강력한 복사선을 방출할 때 형성됩니다. 퀘이사는 우주에서 가장 밝고 강력한 천체로 여겨집니다. 루이스에 따르면, 이러한 특징 때문에 퀘이사는 우주를 탐사하는 데 유용한 "신호등" 역할을 합니다.
하지만 퀘이사를 "우주 시계"로 활용하는 것은 초신성으로 활용하는 것보다 훨씬 어렵습니다. 루이스는 퀘이사를 이용해 시간 팽창을 측정하려는 이전의 많은 시도가 실패하여 다소 이상한 결론으로 이어졌다고 지적합니다. 이번 새로운 연구는 이러한 오류를 바로잡고 아인슈타인의 이론이 옳았음을 확인시켜 줍니다.
루이스에 따르면, 그들의 성공은 퀘이사에 대한 더 많은 데이터를 확보한 데서 비롯되었다. 무작위성에 대한 통계적 지식의 최근 발전 또한 도움이 되었다.
퀘이사를 측정 가능한 시간 측정 장치로 활용하기 위해 연구팀은 블랙홀이 물질을 삼킬 때 발생하는 혼란스러운 폭발 현상을 이해해야 했습니다. 루이스는 이를 불꽃놀이에 비유했는데, 불꽃놀이에서 번쩍이는 빛은 무작위로 보이는 듯하지만 실제로는 각기 다른 요소들이 고유한 시간 척도에 따라 밝아지고 어두워지는 현상이라는 것입니다. 루이스는 "우리는 이 불꽃놀이의 원리를 밝혀냈고, 퀘이사가 초기 우주의 표준 시간 지표로도 사용될 수 있음을 보여주었습니다."라고 말했습니다.
투 타오 ( AFP 통신 보도)
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