허블 망원경의 측정치, 제임스 웹 우주망원경으로 재확인

제임스 웹 우주망원경(JWST)의 새로운 관측 결과에 따르면, 우주가 초기보다 더 빠르게 팽창하는 이유를 설명하는 새로운 우주적 특징이 발견되었을 가능성이 제기되었습니다. 이는 망원경 측정 오류가 아닌 새로운 우주 현상일 수 있다는 의미입니다.

새로운 데이터는 허블 우주망원경이 측정한 근처 별과 은하 사이의 거리 측정을 확인해 주었습니다. 이는 우주의 신비로운 팽창에 대한 측정 불일치, 즉 허블 텐션(Hubble Tension)이라는 문제를 해결하는 데 중요한 단서를 제공합니다. 허블 텐션은 우주의 팽창 속도에 대한 관측치와 표준 우주론 모델의 예측 사이의 불일치를 의미하며, 최고의 우주론 모델로도 설명되지 않고 있습니다.

노벨상 수상자이자 주요 저자인 아담 리스(Adam Riess)는 "우주의 관측된 팽창 속도와 표준 모델의 예측 사이의 불일치는 우리의 우주 이해가 불완전할 수 있음을 시사합니다. 두 개의 NASA 주력 망원경이 서로의 발견을 확인했으므로, 우리는 이 허블 텐션 문제를 매우 심각하게 받아들여야 합니다. 이는 도전이지만 동시에 우리 우주에 대해 더 많이 배우는 놀라운 기회입니다."라고 말했습니다.

천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)에 발표된 이 연구는 리스의 노벨상 수상 업적인 우주의 팽창이 가속화되고 있으며, 이는 별과 은하 사이의 광대한 공간에 퍼져 있는 신비로운 "암흑 에너지" 때문이라는 발견을 기반으로 합니다.

 

리스의 연구팀은 우주 공간에서 첫 2년 동안 수집된 가장 큰 샘플의 JWST 데이터를 사용하여 허블 망원경이 측정한 우주의 팽창 속도, 즉 허블 상수를 검증했습니다. 그들은 초신성을 포함하는 은하까지의 거리를 측정하기 위해 세 가지 다른 방법을 사용했으며, 이전에 허블 망원경이 측정하고 가장 정확한 "지역적" 측정을 생성하는 것으로 알려진 거리에 초점을 맞췄습니다. 두 망원경의 관측 결과는 매우 유사하여 허블 망원경의 측정이 정확하며, 허블 텐션을 허블 망원경의 오류로 귀속시킬 수 있을 만큼 큰 오차는 없음을 보여주었습니다.

 

 

 

허블 상수의 미스터리: 풀리지 않는 우주의 수수께끼

허블 상수는 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 왜냐하면 현재 우주를 관측하는 망원경을 기반으로 한 측정값이 빅뱅 이후 남은 희미한 복사인 우주 마이크로파 배경 복사의 데이터로 보정된 널리 받아들여지는 우주 작동 방식의 틀인 "표준 우주론 모델"을 사용하여 만들어진 예측보다 더 높은 값을 산출하기 때문입니다.

표준 모델은 허블 상수를 약 67-68km/s/Mpc로 산출하지만, 망원경 관측을 기반으로 한 측정은 70-76의 더 높은 값을 주기적으로 제공하며, 평균은 73km/s/Mpc입니다.

이러한 불일치는 10년 이상 우주론자들을 당혹스럽게 만들었는데, 5-6km/s/Mpc의 차이는 단순히 측정이나 관측 기술의 결함으로 설명하기에는 너무 큽니다. (메가파섹은 엄청난 거리입니다. 각각 326만 광년이며, 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리인 9.4조 킬로미터 또는 5.8조 마일입니다.)

웹의 새로운 데이터가 허블의 측정에서 상당한 편향을 배제했기 때문에, 허블 텐션은 아직 발견되지 않은 우주론자들의 물리학 이해의 알려지지 않은 요인이나 격차에서 비롯될 수 있다고 리스의 팀은 보고합니다.

 

"웹 데이터는 처음으로 고화질로 우주를 보는 것과 같으며 측정의 신호 대 잡음비를 실제로 향상시킵니다."라고 이 연구에 참여한 존스 홉킨스 대학의 대학원생인 Siyang Li는 말했습니다.

새로운 연구는 허블의 전체 은하 샘플의 약 1/3을 다루었으며, NGC 4258이라는 은하까지의 알려진 거리를 기준점으로 사용했습니다. 더 작은 데이터 세트에도 불구하고, 연구팀은 인상적인 정밀도를 달성하여 측정 간 차이가 2% 미만임을 보여주었습니다. 이는 허블 텐션 불일치의 크기인 약 8-9%보다 훨씬 작습니다.

 

 

 

허블 상수의 정밀 측정: 우주의 팽창 속도에 대한 새로운 이해

제임스 웹 우주망원경(JWST)을 이용한 새로운 연구 결과가 허블 상수의 정밀 측정을 가능하게 하였습니다. 연구팀은 우주 거리를 측정하는 골드 스탠다드인 세페이드 변광성 외에도 탄소가 풍부한 별과 같은 은하 내에서 가장 밝은 적색 거성을 기반으로 한 측정을 교차 검증하였습니다.

웹 망원경으로 관측된 모든 은하와 초신성을 함께 분석한 결과, 허블 상수는 72.6km/s/Mpc로 산출되었으며, 이는 허블 망원경이 동일한 은하에 대해 발견한 72.8km/s/Mpc의 값과 거의 동일합니다.

이 연구는 허블 상수를 개선하기 위해 독립적으로 작업하는 두 그룹, 즉 리스의 SH0ES 팀(Supernova, H0, for the Equation of State of Dark Energy)과 카네기-시카고 허블 프로그램의 팀, 그리고 다른 팀들의 웹 데이터 샘플을 포함하였습니다. 결합된 측정값은 허블 망원경 세페이드 별을 사용하여 측정된 거리의 정확성에 대한 가장 정밀한 결정을 제공하며, 이는 허블 상수를 결정하는 데 중요합니다.

허블 상수는 태양계, 지구 또는 일상생활에 실질적인 영향을 미치지는 않지만, 우주가 매우 큰 규모에서 진화하는 방식을 보여줍니다. 즉, 광대한 우주 공간 자체가 팽창하고 멀리 떨어진 은하들을 서로 밀어내는 것처럼 멀어지게 합니다.

 

이는 과학자들이 우주의 구조를 매핑하고, 빅뱅 후 13-140억 년 동안의 우주의 상태에 대한 이해를 심화시키며, 우주의 다른 근본적인 측면을 계산하는 데 사용하는 핵심 값입니다.

허블 텐션을 해결하면 최근 몇 년 동안 표준 우주론 모델과의 불일치에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있다고 존스 홉킨스 대학의 우주론자인 Marc Kamionkowski는 말했습니다. 그는 허블 상수를 계산하는 데 도움을 주었으며 최근 텐션에 대한 새로운 가능한 설명을 개발하는 데 도움을 주었습니다.

 

 

 

허블 텐션의 근원: 우주론의 미스터리

표준 우주론 모델은 빅뱅 이후의 우주 마이크로파 배경 복사, 우주 내 화학 원소의 풍부도, 그리고 많은 다른 중요한 관측 결과를 알려진 물리 법칙을 기반으로 설명합니다. 그러나 이 모델은 우주의 구성 요소 중 96%를 차지하고 가속 팽창을 일으키는 것으로 추정되는 미스터리한 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질을 완전히 설명하지 못합니다.

"허블 텐션에 대한 한 가지 가능한 설명은 초기 우주의 이해에 누락된 것이 있을 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 초기 암흑 에너지와 같은 새로운 물질 성분이 빅뱅 이후 우주에 예상치 못한 힘을 부여했을 수 있습니다."라고 이번 연구에 참여하지 않은 Kamionkowski는 말했습니다. "그리고 암흑 물질의 이상한 특성, 이국적인 입자, 변화하는 전자 질량, 또는 원시 자기장과 같은 다른 아이디어들이 효과가 있을 수 있습니다. 이론가들은 매우 창의적이 될 수 있습니다."