지난 한 세기 동안 인류는 천문학에서 눈부신 성장을 보였다. 하지만 너무 광활한 우주는 우리가 알면 알수록 더더욱 많은 궁금증을 낳았고, 아직까지 풀리지 않은
미스테리가 많다. 그중 가장 대표적인 10가지를 알아보자.
1. 우주의 '암흑기' 동안 무슨일이 벌어졌는가?
아주 먼 거리에서부터 날아온 빛 덕분에 과학자들은 우주를 통해 과거를 볼 수 있게 되었다. 그리하여 결국 빅뱅 이후 약 4억년 후의 우주까지 볼 수 있게 되었다.
아주 먼 과거까지 볼 수 있음은 틀림없었지만 한계가 있었으니, 바로 우주의 암흑기이다.
관측할 수 없었기 때문에 과학자들은 130억년 전 우주는 역동적이지만 이상한 곳이라고 예상할 수밖에 없었는데, 그들의 말을 이용하자면
그때 우주는 빛을 흡수한 상태의 수소와 다른 원자들로 인해 매우 불투명했다. 그런데 어떠한 연유로 이 안개들이 사라졌고, 우주는 차츰 자외선으로
반투명화 되었다. 하지만 과학자들은 이 시대에 일어난 이 원자들의 이온화 현상이 어떻게 일어났는지 이해할 수 없었다.
2. 은하의 활동
밤하늘의 북쪽하늘을 수놓는 희미한 별들의 띠의 주인공은 바로 우리 은하이다. 우리은하는 약 4000억개의 별들을 갖고 있지만 이는 우주에서
수십억개 중 하나일 뿐이다.
은하는 나선형, 타원형 심지어는 직사각형 모양도 있으며, 이러한 은하는 중심부의 초거대 블랙홀을 기점으로 돌고있다.
최근의 연구는 은하가 스스로 자원을 재활용할 것이라고 말한다. 이 연구는 은하가 어떻게 수십억년 동안 별과 행성의 진화가 성공적으로 되었는지 설명해준다.
하지만 은하가 어떻게 다양한 모양을 가지게 되었는지, 어떻게 그들이 그러한 형태를 오랫동안 유지하는지는 명확하게 설명하지 못한다.
3. 리튬의 희소성?
리튬은 수소와 헬륨에 이어 초기 우주에서 최초로 합성된 세 원소 중 하나이다.
그래서 빅뱅이론에 따르면 리튬은 우리주변에 흔하디 흔한 원소가 되어야한다.
하지만 풍부한 수소와 헬륨과는 달리 리튬은 우주에서 가장 희귀한 원소 중 하나이다.
일부는 행성계의 중심부나 태양계 근처에 제한적으로 아주 조금만 존재한다
최근의 연구는 리튬은 악시온(axion, 원자보다 작은 입자)이 관여했을거라고 하는데, 그 외에는 진전이 없다.
4. 외계인은 존재할까?
최근의 계산에 따르면 관측가능한 우주에 존재하는 별은 약 40섹스틸리언(Sextillion 여기서 섹스틸리언은 약 '10해' 를 뜻한다) 정도로 보고 있다.
지난 15년간 지구 주변의 별들에서 관측한 수십여개의 지구형 행성들로 인해 생명체가 존재할 수 있는 행성계는 아주 드물다는 것이 명백해졌다.
그리고 새로운 설에 따르면 생명체는 다양한 형태를 가질 수 있다고한다. 예를들어 가스행성에서 빠르게 증식하는 해파리 형태의 생명체도 있을거라는 말이다.
하지만 외계인과 통신할 수 있으려면 외계인도 최소한 우리 문명 정도의 기술력을 갖춰야 한다. 아무리 광활한 우주라지만 이러한 조건을 만족하는
행성계에 인간과 같은 지능을 가진 생명체가 존재하는게 과연 쉬운 일일까?
5. 우주는 하나일까?
많은 물리학자들은 우리 우주가 하나가 아닐거라고 생각하고 있다. 마치 거품과같은 구조라든가 아니면 브라이언그린의 아홉가지 형태의 평행우주라든가..
이중 하나는 순환하는 다중우주인데, 이는 여러개의 우주가 마치 3차원의 막처럼 묘사되어있다는 것이다.
이 막들이 충돌하게 되면 새로운 빅뱅이 탄생하며, 이전의 모든 물질을 파괴하고 이들을 새것으로 바꾼다.
사실, 학자들은 이러한 가설이 초끈이론과의 연계뿐만아니라 다른 세상의 똑같은 지구가 있을 것이라는 생각도 가능성이 있다고 생각한다.
6. 우주배경복사는?
1963년 천문학자 Arno Penzias와 Robert Wilson은 우연히 미스터리한 소음을 발견했다. 이 소음은 현대 우주학에 큰 공헌을 했고 결국 그들은 노벨상을 탔다.
먼 우주를 관측하여 먼 과거로 가니, 과학자들은 어떠한 오래된 전자기파가 방출되는 것을 발견하고는 놀라는데, 이 전자기파가 바로 빅뱅이후 약
37만 8천년 후에 방출된 우주배경복사라는 것이다.
위의 이미지는 전 우주의 우주배경복사를 촬영한 것이며, 빅뱅모델로 예견한 온도의 요동이 보인다.
하지만 CMB의 최근의 연구는 전혀 다른 패턴을 보이고 있으며, 이 사진으로 우리 우주는 다른 우주와 충돌했을 가능성이 대두하였다.
과연 위의 우주배경복사는 무엇을 의미할까?
7. 암흑물질이란?
암흑물질은 우리가 볼 수는 없지만 전체 우주의 약 22퍼센트를 구성하고 있다고 생각되는 물질이다.
우리는 비록 볼 수는 없지만 이들의 존재를 눈에 보이는 다른 물질들을 끌어당기는 현상을 관측함으로써 예측할 수 있다.
허블우주망원경은 우주의 암흑물질 분포를 3D 맵으로 만들었다.
그리고 MACSJ0025.4-1222라는 은하단을 허블과 찬드라 우주망원경으로 관측한 결과, 암흑물질이 존재한다는(청색부분) 증거를 포착하였다.
여기서 빨간부분은 은하라든가 다른 광원이고, 파란부분은 암흑물질이다.
하지만 이들이 무엇인지는 아직 정확하게 밝혀진 바가 별로 없다.
그래서 일부는 과거 과학자들이 생각했던 이른바 '에테르'를 다시 고려해본다는 입장을 표명하고 있다.
8. 암흑에너지란?
1900년대에 과학자들은 우주의 팽창이 기존에 예상했던것처럼 느려지는게 아니라 가속한다는 것을 알아냈다.
이 가속팽창하는 이유를 설명하기 위해 학자들은 이른바 암흑에너지라는 것을 생각하게 되었다.
위 사진은 Abell 1689라는 은하단인데, 과학자들은 보라색으로 강조된 부분에서 암흑에너지의 존재를 식별하였다고,
9. 사라진 바리온들은 어디에?
암흑에너지와 암흑물질이 우주의 약 96퍼센트를 구성한다면 나머지 4퍼센트는 우리가 볼 수 있는 물질들이어야한다. 하지만 이중 절반만이 우리가
관측할 수 있다. 나머지 반은 있는지없는지조차 모르는 상태이다.
즉 물질을 구성하고 있는 바리온이라는 입자는 있어야 할 양보다 1/2만큼 적다.
이 미스터리는 우주의 진화를 이해하기 위해 노력하는 과학자들의 발목을 붙잡아왔다.
최근의 X선 관측은 사라진 바리온의 미스터리를 해결하는데 미약하나마 도움이 되었다. 이 사진은 우리은하를 뒤덮고 있는 넓게 퍼진 가스구름 사진인데,
최근 다른은하에서도 은하의 헤일로부분에서 엷게 퍼져있는 가스를 발견했으며, 이 가스구름 역시 사라진 바리온을 구성하고 있는게 아닐까 추측중이다.
일부는 방대한 양의 미스터리한 가스들은 사실 우리 주변에 있는 은하들을 둘러싸고 있는 거대한 벽 같은 구조물이라고 주장한다.
하지만 아직도 엄청난 양의 사라진 바리온들을 설명할 이렇다할 이론은 없는 상태이다.
10. 우리는 언제 시작되었고... 언제 끝날까?
정밀한 관측과 우주는 팽창한다는 증거를 바탕으로 만들어진 빅뱅이론은 오늘날 우주의 탄생을 설명함에 있어 가장 널리 통용되는 이론이다.
하지만 이 빅뱅이론은 어떻게 '무' 라는 특이점에서 물질이 만들어졌는지는 설명하지 못한다.
우주의 기원을 설명하는 이론은 아주 다양한데 예를들면, 다중우주론이라든가..
새롭게 대두되고 있는 4D 블랙홀 가설 등이 있다. 4D 블랙홀 가설은 초거대블랙홀이 모든 물질의 기원이라는 가설이다.
한 가설은 끝없이 팽창하다 자체 질량에 의해 붕괴되어 빅뱅의 정반대현상이라고 볼 수 있는 이른바 빅크런치 가설이 있다.
일단 임계점까지 팽창하다가 다시 특이점까지 수축하여 모든 물질이 하나가 되는 것이다.
이렇게 빅크런치로 한 점이 된 우주는 다시 빅뱅하여 팽창하고.. 다시 빅크런치로 수축하고.. 이 이론이 바로 순환하는 다중우주론이라고 보면 된다.
