“우주 팽창속도 점점 빨라지고 있다”… 초신성 연구로 ‘100년 학설’ 뒤집어

노벨물리학상 펄머터-슈밋-리스 공동수상

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140억 년 전 빅뱅과 함께 시작된 우주팽창 속도의 추세가 수십억 년 전까지는 느려지다가 다시 빨라지고 있는 것으로 나타났다. 우주가 가속 팽창을 하려면 척력(밀어내는 힘)이 있어야 하며 암흑에너지 때문에 척력이 존재하는 것으로 알려졌다. 노벨상위원회 제공

“우주는 지금도 ‘브레이크’ 없이 가속 팽창하고 있다.”

올해 노벨 물리학상은 우주가 끊임없이 속도를 높여 팽창하고 있다는 사실을 밝혀낸 천체물리학자 3명에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원은 4일(현지 시간) 미국 로렌스버클리국립연구소 솔 펄머터(52), 호주국립대 브라이언 슈밋(44), 미국 존스홉킨스대 애덤 리스(42) 교수 등 3명을 올해 노벨 물리학상 공동 수상자로 선정했다고 밝혔다. 과학원은 “우주가 느리게 팽창한다는 지난 100년간의 오랜 예측을 보기 좋게 깨뜨려 우주에 대한 새로운 개념을 정립했다”고 평가했다.

알베르트 아인슈타인을 비롯해 대부분의 과학자는 우주의 팽창 속도가 점점 느려진다고 생각했다. 슈밋 교수를 포함해 올해 노벨 물리학상 수상자들은 초신성(超新星·Supernova·수명이 다해 폭발한 별)을 이용해 우주 팽창이 느려지는 모습을 포착하려고 애를 썼다.

하지만 막상 관측을 해보니 예상과는 정반대의 결과가 나왔다. 단서는 초신성이었다. 초신성은 극적인 폭발 후 생을 마감한다. 이때 초신성은 매우 밝아진다. 지구의 망원경으로 초신성에서 나온 빛을 관측할 수 있을 정도다. 가장 멀리 있는 초신성에서 나온 빛은 수십억 년을 여행해 지구의 망원경에 도달한다. 초신성을 여럿 관측하면 우주팽창의 파란만장한 역사를 알아낼 수 있는 셈이다.

1998년 펄머터 교수가 이끄는 연구진이 포문을 열었다. 미국 워싱턴의 한 모임에서 초신성을 여럿 관측한 결과를 내놓았다. 그런데 이 결과는 당사자들도 믿지 못할 정도로 놀라웠다. 관측 결과를 분석해 보니 예상과 달리 우주가 지금보다 과거에 좀 더 느리게 팽창했다는 결론이 나왔기 때문이다. 당시 하버드대 소속이던 슈밋 교수와 리스 교수도 펄머터 교수팀의 결과와 동일한 결론을 내놨다. 그리고 우주를 점점 빨리 팽창시키는 ‘가속 페달’의 정체로 ‘암흑에너지(dark energy)’를 지목했다. 암흑에너지는 우주의 약 73%를 구성하는 물질로 알려져 있지만 그 실체는 아직 밝혀지지 않았다.

박창범 KAIST 부설 고등과학원 물리학부 교수는 “우주가 가속 팽창하려면 우주를 구성하는 물질들 사이에 끌어당기는 힘(인력)이 아니라 밀어내는 힘(척력)이 필요한데 올해 수상자들이 그 원동력을 암흑에너지로 설명했다는 게 큰 업적”이라고 말했다.

세 사람은 총 1000만 크로나(약 17억 원)를 상금으로 받는다. 시상식은 노벨 사망일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다.

이현경 동아사이언스 기자 uneasy75@donga.com