우주의 나이가 270억년이라고? 우주의 나이논쟁

빅뱅 우주론에 근간한 우주의 나이는 138억 년~140억 년입니다. 모두가 그렇게 알고 있었던 우주의 나이가 실제로는 270억 년일 수 있다는 주장이 있습니다. 과연 얼마나 가능성 있는 이야기인지 우주의 나이논쟁에 대해 알아보겠습니다.

빅뱅이론과 우주나이 (이미지 : 한국천문연구원, NASA)

우주의 나이가 270억년이라는 충격적인 주장

이 충격적인 주장은 모두 제임스웹 우주망원경에서부터 시작됩니다. 제임스웹 우주망원경(James Webb Space Telescope)은 미국의 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA, European Space Agency), 캐나다 우주국(CSA, Canadian Space Agency)이 공동개발한 우주망원경으로 허블 우주망원경을 잇는 세계 최대의 우주망원경입니다. 2022년 1월에 쏘아 올려진 이 망원경은 빅뱅으로 추정되는 우주의 탄생과 기원을 밝힐 수 있도록 방대한 관측자료를 수집하고자 만들어졌습니다. 최근 웹상에는 예전에 보지 못한 화려한 우주의 사진들이 쏟아져 나오고 있는데 이 모든 것이 바로 제임스웹이 찍은 사진들인 것입니다. 문제는 제임스웹이 그간 우리가 알지 못했던 미지의 세계, 먼 은하를 세세히 관찰하기 시작하면서부터 시작됩니다. 제임스웹이 관찰한 먼 우주에서 초기 우주의 모습임에도 무거운 은하나 초거대질량 블랙홀들을 연속적으로 발견해 내고 있는 것입니다. 이러한 초거대질량 블랙홀들은 초기 우주에서는 존재해서는 안 되는 것들이었지만 제임스웹은 기존의 가설을 뒤엎고 너무나 오랫동안 존재했던 천체의 모습을 가감 없이 관찰해 내고 있는 것입니다.

25년간 12조원이 투입된 제임스웹 우주망원경

은하의 진화에 대한 새로운 2가지 가설들

기존에 과학자들이 새웠던 가설로는 설명할 수 없는 초거대질량 천체의 진화모습은 어쩔 수 없이 새로운 가설을 강제하게 됩니다. 우주의 나이가 140억년이라는 가정에 끼워 맞추기 위해서는 초기 우주의 별들, 블랙홀은 지금보다 훨씬 빨리 진화했었어야만 하는 것이죠. 우주의 나이가 138억 년~140억이라는 가설은 우주의 팽창 속도과 광범위한 우주배경복사 연구 등으로 지금은 거의 증명된 가설로 여겨지고 있습니다. 이러한 가설 위에 제임스웹이 관측한 초거대질량블랙홀의 존재를 해석하려면 초기 우주에 은하들과 별들은 지금보다 훨씬 빨리 성숙했었야만 하는 것입니다. 이것과 관련된 또 다른 가설도 있습니다. 은하와 별들의 성숙속도가 지금과 같다면 우주의 나이가 더 많아야 한다는 것이죠. 우주 나이 논쟁은 바로 이 지점에서 촉발되었습니다. 심지어 최근에는 제임스웹의 관측 데이터를 근거로 우주의 나이가 실제로는 270억 년일 수 있다는 논문이 발표되기도 했습니다.

 

적색편이와 우주팽창설에 대한 반론, 우주나이는 270억 살일 수도

기존의 천문학적 통설은 은하들 간의 거리가 흔하들의 적색편이(별이 멀어질 때 나오는 빛의 파장이 실제 빛의 스팩트럼보다 붉은색 쪽으로 치우쳐 나타나는 현상)와 정확히 비례하므로 우주 시공간 자체가 균일하게 팽창하면서 일어나는 일이라 생각했습니다. 이러한 사실은 우주가 팽창하고 있는 강력한 증거로 인식되었고 시공간이 함께 팽창하는 빅뱅이라는 우주의 시작과 확장을 이해하는 기준이 되었습니다. 하지만 우주 나이를 다시 생각해 봐야 한다는 주장은 이러한 적색편이가 우주의 확장이 아니라 빛의 피로(Tired Light) 현상일 수 있다고 가정하고 있습니다. 오래된 가설이지만 만약 빛의 적색편이가 우주 시공간의 확장이 아니라 멀리서 오는 빛이 다양한 원소들과 부딪혀 산란한 것일 수도 있다는 것입니다. 멀리서 오는 빛일수록 빛의 피로(간섭)가 많을 것이므로 별들의 적색편이를 설명할 수 있다는 것입니다. 만약 이것이 맞다면 빅뱅 이후 지금의 우주의 넓이기 되기까지 빠른 속도로 확장된 근거가 없어지게 되고 자연히 우주의 나이는 보다 더 많을 수 있다는 것입니다. 이 가설을 맞다고 가정한다면 가장 먼저 이야기한 초기의 우주 모습에서 초거대질량 블랙홀의 존재를 설명할 수 있다는 것입니다. 이 이론에 따르면 우주의 나이는 140억 살이 아니라 270억 살까지 두 배 가까이 늘어나게 됩니다.

 

우주팽창설에 대한 견고한 지지, 초거대질량 블랙홀은 여전한 수수께기

우주의 나이가 270억살이라 주장한 논문은 흥미로웠지만 여전히 압도적으로 많은 천문학자들은 우주팽창설과 우주나이 140억 살이라는 기존의 가설을 견고하게 지지하고 있습니다. 만약 빛의 피로현상이 적색편이의 원인이라면 빛의 피로현상으로 인해 우리가 보는 천체들과 은하는 지금보다 훨씬 어두워야 한다는 사실을 여러 가지 실험과 연구로 과학자들은 반박하고 있습니다. 전 우주에 흩어져 있는 우주배경복사도 또 다른 우주팽창의 강력한 증거가 되고 있기도 합니다. 다만 관측되는 초기 우주의 모습에서 초거대질량 블랙홀의 존재는 여전히 수수께끼이고 제임스웹은 그간 우리가 생각하고 추측했던 우주의 모습이 아니라 전혀 예측하지 못했던 우주의 모습을 끊임없이 보여주며 기존 가설에 도전할 것이라는 점입니다.