빅뱅 우주론은 여전히 위기에 처해 있다 : 은하들의 거대한 고리, 별들의 흐름, 초확산 왜소은하....

미디어위원회

2024-02-05

빅뱅 우주론은 여전히 위기에 처해 있다

: 은하들의 거대한 고리, 별들의 흐름, 초확산 왜소은하....

(Big Bang Cosmology Still in Crisis)

David F. Coppedge

덩어리 문제(lumpiness problem)는 계속 악화되고 있으며, 진실의 대부분은 과학에서 알려지지 않은 채로 남아 있다.

천문학이 "하드 사이언스(hard science, 경성과학)" 중 하나였던 시절을 기억하는가? 천문학은 법칙들이 잘 특성화되어 있는 물리학과 밀접하게 연관되어 있어서 신뢰할만한 것처럼 보였다. 칠판 앞에서 천문학 강사들은 별, 은하, 우주의 대규모 구조를 방정식으로 설명할 수 있었다. 우주론자(cosmologists)들은 빅뱅이론을 다시 생각할 필요가 없었는데, 빅뱅 특이점(big bang singularity)으로 인한 우주 팽창(cosmic expansion)은 이미 확립된 사실처럼 보였기 때문이다. 그들은 때때로 우주론적 원리라고도 불리는 “코페르니쿠스 원리(Copernican Principle)”(코페르니쿠스는 이것을 믿지 않았음)를 인용하여, 우주가 균일하고(uniform), 등방적(isotropic)이라고 주장했다. 이는 인간이 살고있는 지구가 우주에서 특별한 위치를 차지하지 않는다는 것을 의미한다.

그것은 그때였다. 지금은 다음과 같다.

은하들의 거대한 고리는 우주에 대한 사고에 도전하고 있다(BBC News, 2024. 1. 11). 지름이 13억 광년에 이르는, 준-원형의 거대한 은하들의 고리(ring of galaxies)가 탐지되었다. 그들은 그것을 빅 링(Big Ring)이라고 부르고 있었다. 그 고리는 달의 겉보기 직경의 15배이다. 그것은 존재해서는 안된다. 진화론적 유물론자인 팔라브 고쉬(Pallab Ghosh)는 “그것은 너무 커서 우주에 대한 우리의 이해에 도전한다.” 생각해 보라. 우주가 실제 세계의 모든 것을 포함한다면, 그것은 현대과학의 현실 파악에 대해 무엇을 의미할까?

모든 물질이 우주 전체에 매끄럽게 퍼져 있음을 나타낸다는, 우주론적 원리(cosmological principle)라고 불리는 천문학의 선도적 원리 중 하나에 의하면, 그러한 대규모 구조는 존재해서는 안 된다.

고쉬(Ghosh)는 영국의 한 천문학자의 말을 인용했는데, 그는 이러한 "우주론적 원리의 위반"이 표준 이론에 대한 유일한 나쁜 소식은 아니라고 말했다.

왕립천문학회(Royal Astronomical Society) 부회장인 로버트 매시(Robert Massey) 박사에 따르면, 천문학의 중심이었던 원리들을 다시 생각하게 만드는 증거들이 늘어나고 있다는 것이다.

“이것은 우주가 가장 큰 스케일에서 매끄러울 것이라는 생각과 모순되고 있는, 우주에서 발견된 일곱 번째 큰 구조이다. 만약 이러한 구조가 진짜라면, 그것은 확실히 우주론자들에게 생각할 거리가 될 것이며, 시간이 지남에 따라 우주가 어떻게 진화했는지에 대한 받아들여지게 되는 생각이 될 것이다”라고 그는 말했다.

암흑의 과학

우주는 왜 스스로 분열하는가?(The Conversation, 2024. 1. 8). “폭발하는 별들에 대한 새로운 연구는 암흑에너지(dark energy)가 우리가 생각했던 것보다 더 복잡할 수 있다는 것을 보여준다”라고 호주의 천문학자 브래드 터커(Brad E. Tucker)는 걱정하고 있었다. 그는 우주론의 "표준 촛불"인 Ia형 초신성(Type Ia supernovas)에서 더 많은 빛을 측정하는 팀의 일원이었다. 지금까지의 결과는 가속 팽창을 설명할 수 있는 "우주 상수(cosmological constant)"에 대한 아인슈타인의 견해와 맞지 않는다.

이것이 우리를 어디로 떠나게 만들까? 더 복잡한 암흑에너지 모델이 필요할 수도 있을까? 아마도 이 미스터리한 에너지는 우주의 나이 동안 변화해 왔던 모델일 수도 있을 것이다.

그러나 “우주 상수”는 무지를 나타내는, 일종의 플레이스홀더(placeholder) 역할을 하는 퍼지(fudge, 날조) 요소일 뿐이다. 아인슈타인은 정적 우주를 유지하기 위해 자신의 이론 초기에 수학 용어를 삽입했다. 그것은 물리적 영역의 퍼지 요인을 구체화하고 있지 않다.

지금까지 발견된 가장 큰 ‘별들의 흐름(stream of stars)’은 우리에게 암흑물질에 대해 가르쳐 줄 수 있다.(New Scientist, 2023. 12. 2). 지난 달에 레아 크레인(Leah Crane)은 또 다른 대형 은하 구조에 대해서 보고했다. 그녀는 “새롭게 발견된, 거대한 코마 별들의 흐름(Giant Coma Stream of stars)은 거의 170만 광년에 걸쳐 펼쳐져 있었다”라고 적고 있었다. 흐름에 있는 명백한 “구멍”은 “암흑물질(dark matter) 덩어리에 의해 형성된 빈 공간(voids, 보이드)으로 설명될 수 있기를 희망하고 있었다. 그녀가 선택한 전문가인 천체물리학자 로만(Javier Román)은 이 발견에 대해 행복한 표정을 지으려고 노력하고 있었다.

우주론의 표준 모델에 따르면, 암흑물질은 "헤일로(haloes, 후광)" 안으로 뭉쳐있어야 한다. 코마 클러스터(Coma cluster)의 은하들이 서로 휘젓듯이 이 헤일로도 마찬가지이다. 결국 일부는 흐름을 통과하여 구멍을 남길 수 있다. 이러한 섭동은 헤일로에 있는 암흑물질의 특성을 조사하는 데 사용될 수 있다고 로만은 말한다.

그러나 천문학자들이 암흑물질이 무엇인지 모른다면, 즉 암흑물질을 설명할 수 있는 관찰 가능한 입자가 없다면, 그의 말에서 등장하는 아마도, 어쩌면, 일어날 수도, 그럴 수도...등의 단어들은 무지의 정도가 높다는 것을 의미한다.

새로운 암흑물질 이론은 천체물리학의 두 가지 수수께끼를 설명한다.(UC Riverside, 2023. 12. 7). 피네글의 제2법칙(Finagle’s Second Law)? 농담이다 ; "예상되는 결과가 무엇이든, a)그것을 잘못 해석하거나, b)가짜로 만들어내거나, c)자신이 좋아하는 이론에 의해 일어났다고 믿고 싶어하는 사람들이 항상 있을 것이다." 여기서 그런 일이 일어나고 있는가? 유하이보(Hai-Bo Yu)는 암흑물질이 일석이조가 될 수 있다고 자신의 이론에 대해 허세를 부리고 있었다.

“첫 번째는 한 거대한 타원은하의 고밀도 암흑물질 헤일로(high-density dark matter halo)이다.” 유하이보가 말했다. “헤일로는 강한 중력렌즈 관찰을 통해 감지되었으며, 밀도가 너무 높아, 현재 널리 유행하고 있는 차가운 암흑물질 이론(cold dark matter theory)에서는 존재할 가능성이 거의 없다. 두 번째로 초확산 은하(ultra-diffuse galaxies)의 암흑물질 헤일로는 밀도가 극히 낮아, 차가운 암흑물질 이론으로는 설명하기 어렵다는 것이다.”

그러나 차가운 암흑물질(Cold Dark Matter, CDM)은 오랫동안 빅뱅이론의 주요 구성 요소였다. 이론적인 자체 상호작용 암흑물질(self-interacting dark matter, SIDM)로 대체되면, 다른 것들은 어떻게 될까? 두 가지 문제를 해결할 수 있지만, 더 많은 문제들이 발생할 수 있다. 미래의 연구에 의한 업데이트를 기다리라는 것이다. 유하이보는 "우리의 연구가 이 유망한 연구 분야에 대한 더 많은 연구들을 장려하기를 바란다"라고 말했다.

“우리는 그것이 어떻게 존재할 수 있는지 이해하지 못한다” : 천문학자들은 암흑물질 이론을 뒤집는 ‘거의 보이지 않는’ 왜소은하에 당황하고 있었다.(Live Science, 2024. 1. 15). 기사의 제목은 그 자체로 말해준다. "천문학자들은 누베(Nube)라는 이름의 초확산 왜소은하(super diffuse dwarf galaxy)를 발견했다. 이 은하는 가시광선을 거의 발산하지 않으며, 설명을 거부하는 것처럼 보인다.“

일반적으로 천문학자들은 이러한 중력이상 현상이 암흑물질에 의해 발생했다고 생각하고 있다. 암흑물질은 빛과 반응하지 않고, 우주 질량의 약 27%를 차지하는 것으로 추정되는, 기원을 알 수 없는 미스터리한 유형의 물질이다. 그러나 암흑물질에 대한 우리의 현재 이해를 바탕으로 보면, 누베의 특이한 특성을 설명하기에는 암흑물질로는 충분하지 않다.

새롭고 색다른 이론들을 다루기 전에, 천문학자들은 "기원을 알 수 없는" 미스터리하고 알려지지 않은 물질을 만들어내어 대중들을 호도한 것에 대해 사과해야 한다. 왜 우주를 "이해"하는 것으로 간주했을까?

암울한 미래

가깝고 먼 은하계의 미스터리들은 우주론을 뒤흔들고 있다.(New Scientist, 2024. 1. 11). 천문학자 챈다 와인스타인(Chanda Prescod-Weinstein)은 우주론의 불행도 가속화되고 있다고 말한다. 하지만 그녀는 그것에 만족하고 있었다. 수십 년 동안 계속 틀려왔던 사람들에게 직업적 안정을 제공해주었기 때문이다. 그녀는 “천체물리학자가 되기에 딱 좋은 때”라고 퉁명스럽게 말했다. 그렇다, 지금은 틀리기 좋은 때이다. 신나 하는 것을 좀 보라!

지난해 천체물리학계에는 몇 가지 흥미로운 일이 있었다. 아마도 가장 주목을 받은 것은 NASA의 최신 제임스웹 우주망원경(James Webb Space Telescope, JWST), 또는 내가 Just Wonderful Space Telescope라고 부르고 싶은 우주망원경이 은하 형성의 시간 틀에 대해 우리가 알고 있는 것을 뒤집었기 때문이다. 은하가 어떻게 형성되는지에 대한 우리의 이해에 문제가 있을 수 있다는 암시는 JWST가 데이터를 보내오기를 시작하자마자 나타났다. 2022년에 전 세계의 천문학자들은 은하가 초기 우주에서 예상했던 것보다 더 일찍, 또는 더 빠르게 형성되는 것 같다는 사실을 지켜보았다.

(빅뱅에 의한) 혼란스럽고 무작위적인 입자들의 확산 이후에, 은하들의 조기 성숙과 초기 구조는 예상되지 않았다. 하지만 그것만이 유일한 번복이 아니었다. 그녀는 다른 여러 사건들을 언급하고 있었다.

아직 배워야 할 것이 많다. 이것이 JWST 미스터리를 그토록 매력적으로 만드는 이유 중 하나이다. 초기 은하계의 낮은 금속성(low metallicity)은 은하간 매질(intergalactic medium, IGM)의 역사와 구조, 그리고 은하계가 시간이 지남에 따라 어떻게 상호작용을 했는지에 대해 우리에게 말해줄 가능성이 있다. 따라서 JWST는 별 형성, 은하 가스, 외부은하 가스(extragalactic gases) 등에 관한 많은 새로운 질문들을 야기시켰다.

진화론자들은 부정적인 발견을 긍정적인 선전으로 바꾸어 말하는 방법에 능숙하다. 그녀는 말한다. "이것은 과학을 하는 것이 과학의 종말로 이어지는 것이 아니라, 오히려 대답을 필요로 하는 더 많은 질문들로 이어지는 것을 보여주는 훌륭한 예이다."

그렇다면 수십 년 동안 우주의 본질에 대해 대중들을 호도해 온 진화론적 과학자들을 얼마나 더 신뢰해야 할까? 서사시적 이론들과 그들의 실패가 "과학을 수행"하는 방법일까? 다른 분야에서 연구를 하는 과학자들도 그럴까?

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세속적 우주론자들은 ‘우리가 틀렸으므로, 새로운 가정으로 다시 시작하면 된다’라고 말하며, 별로 걱정하지 않는 것 같다. 새로운 데이터가 당신들의 실수를 드러냈다는 사실이 매우 기쁜가? 잠시 당황하지만, 곧 행복한 표정을 지으며, 그러한 실수를 통해 과학은 발전하는 것이라고 말한다. 이러한 일은 진화론자들 뿐만 아니라, 유신론적 진화론자와 방법론적 자연주의자들에게도 늘상 일어나는 일이다.

*관련기사 : 지름 13억광년 거대 천체 발견…"기존 우주론으론 설명 어려워" (2024. 1. 12. 동아사이언스)

https://m.dongascience.com/news.php?idx=63318

극도로 무겁지만 눈에 보이지 않는 물질을 담고 있는 '사악한 은하' 탐지 (2023. 11. 5. VTC 뉴스)

https://www.vietnam.vn/ko/phat-hien-thien-ha-ma-quy-chua-thu-cuc-nang-nhung-vo-hinh/

별이 없는 암흑은하?…빅뱅초기 원시은하 모습 간직했나 (2024. 1. 29. 한겨레)

https://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/1126274.html

암흑물질 '없는' 은하 발견… "기존 우주론 반박 증거" (2023. 7. 20. 동아사이언스)

https://m.dongascience.com/news.php?idx=60799

*참조 : 우주에서 지름 50억 광년의 은하들 고리가 발견되었다? : 빅뱅 이론에서 그러한 거대한 구조는 존재해서는 안 된다.

https://creation.kr/Cosmos/?idx=1294013&bmode=view

새로 발견된 직경 100억 광년의 초거대 우주 구조는 현대 우주론의 근본 교리를 부정하고 있다.

https://creation.kr/Cosmos/?idx=1293982&bmode=view