우주의 종말: 예상보다 훨씬 빠른 10^78년

라드바우드 대학 연구진, 호킹 복사 계산으로 새로운 종말 시간 제시

네덜란드 라드바우드 대학의 과학자 세 명이 호킹 복사에 대한 새로운 계산을 통해 우주가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 빠르게 붕괴하고 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 이들은 가장 마지막 항성 잔해가 소멸하는 데 약 1078년이 걸릴 것이라고 계산했습니다. 이는 이전에 가정했던 101100년보다 훨씬 짧은 시간입니다. 이 연구 결과는 "우주론 및 천체물리학 저널(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)"에 진지하면서도 흥미로운 방식으로 게재되었습니다.

 

 

 

블랙홀을 넘어선 호킹 복사: 백색 왜성도 증발한다

이번 연구는 블랙홀 전문가 하이노 팔케, 양자 물리학자 미카엘 본드락, 수학자 발터 반 쉬즐레콤(모두 라드바우드 대학 소속) 세 명의 공동 연구입니다. 이들은 2023년 논문에서 블랙홀뿐만 아니라 중성자별과 같은 다른 천체들도 호킹 복사와 유사한 과정을 통해 '증발'할 수 있음을 보여주었습니다. 해당 논문 발표 이후, 연구진은 이 과정이 얼마나 오래 걸릴지에 대한 많은 질문을 받았고, 이번 새로운 논문에서 그 질문에 대한 답을 내놓았습니다.

 

 

우주의 최후: 백색 왜성의 붕괴가 결정한다

연구진은 호킹 복사와 유사한 효과만을 고려했을 때, 우주의 종말이 약 1078년 후에 올 것이라고 계산했습니다. 이는 가장 오래 지속되는 천체인 백색 왜성이 호킹 복사 유사 과정을 통해 붕괴하는 데 걸리는 시간입니다. 이전 연구에서는 이러한 효과를 고려하지 않아 백색 왜성의 수명을 101100년으로 추정했습니다. 주 저자인 하이노 팔케 교수는 "우주의 궁극적인 종말이 예상보다 훨씬 빨리 오지만, 다행히도 여전히 매우 오랜 시간이 걸린다"고 언급했습니다.

 

 

 

라드바우드 연구진, 중력장을 가진 모든 물체의 소멸 시간 계산

라드바우드 대학 연구진은 호킹 복사에 대한 재해석을 바탕으로 진지하면서도 위트 있게 연구를 진행했습니다. 1975년, 물리학자 스티븐 호킹은 아인슈타인의 상대성 이론과는 달리, 입자와 복사선이 블랙홀에서 탈출할 수 있다고 가정했습니다. 블랙홀의 가장자리에서 두 개의 임시 입자가 형성될 수 있는데, 이들이 합쳐지기 전에 한 입자는 블랙홀로 빨려 들어가고 다른 입자는 탈출한다는 것입니다. 이른바 호킹 복사로 인해 블랙홀은 매우 느리게 입자와 복사선으로 붕괴하게 됩니다. 이는 블랙홀이 오직 성장할 수만 있다고 말하는 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론과는 모순되는 부분입니다.

 

 

 

밀도에 따라 결정되는 증발 시간: 중성자별과 블랙홀의 놀라운 공통점

연구진은 호킹 복사 과정이 이론적으로 중력장을 가진 다른 물체에도 적용된다는 사실을 계산했습니다. 또한 계산 결과, 물체의 '증발 시간'은 오직 밀도에만 의존한다는 것이 밝혀졌습니다. 놀랍게도 중성자별과 항성 블랙홀은 붕괴하는 데 1067년으로 동일한 시간이 걸리는 것으로 나타났습니다. 이는 블랙홀이 더 강한 중력장을 가지고 있어 더 빨리 '증발'해야 할 것이라는 예상과는 다른 결과였습니다. 공동 저자인 박사후 연구원 마이클 본드락은 "블랙홀은 표면이 없기 때문에 스스로 방출하는 복사선의 일부를 다시 흡수하여 이 과정을 억제한다"고 설명했습니다.

 

 

극단적인 경우를 통해 이론의 미스터리 풀기

연구진은 이러한 계산을 하는 김에, 달과 인간이 호킹 복사 유사 과정을 통해 증발하는 데 걸리는 시간도 계산했습니다. 그 결과는 1090년(1 뒤에 0이 90개 붙는 숫자)이었습니다. 물론 연구진은 인간과 달이 계산된 시간보다 더 빨리 사라질 수 있는 다른 과정들이 있음을 미묘하게 언급했습니다.

라드바우드 대학의 수학 교수이자 공동 저자인 발터 반 쉬즐레콤은 이번 연구가 다양한 학문 분야의 흥미로운 협력이며, 천체물리학, 양자 물리학, 수학의 결합이 새로운 통찰력을 제공한다고 덧붙였습니다. 그는 "이러한 질문을 던지고 극단적인 경우를 살펴봄으로써 우리는 이론을 더 잘 이해하고, 언젠가는 호킹 복사의 미스터리를 풀 수 있기를 바란다"고 말했습니다.