중력렌즈 초신성이 허블 텐션을 해결할 수 있는 결정적 이유와 우주 팽창의 비밀

 

중력렌즈 초신성이 허블 텐션을 해결할 수 있는 결정적 이유와 우주 팽창의 비밀

우주는 지금도 팽창하고 있지만, 그 속도를 둘러싼 과학자들의 계산은 서로 다른 결과를 내놓고 있습니다. 이를 ‘허블 텐션’이라 부르며, 현대 우주론 최대의 난제로 꼽힙니다. 최근 발견된 중력렌즈 초신성은 이 문제를 해결할 수 있는 매우 희귀하고 정밀한 관측 기회를 제공합니다. 이 글에서는 허블 상수의 개념부터 허블 텐션이 왜 발생하는지, 중력렌즈 초신성이 어떤 원리로 우주의 팽창 속도를 측정하는지, 그리고 이 발견이 암흑에너지와 우주론 전반에 어떤 의미를 갖는지를 깊이 있게 살펴봅니다.

우주의 팽창 속도는 왜 아직도 논쟁 중일까

우주는 고정된 공간이 아닙니다. 은하들은 서로 멀어지고 있으며, 이 현상은 약 100년 전 처음 관측되었습니다. 이후 과학자들은 이 팽창 속도를 하나의 수치로 표현하기 위해 ‘허블 상수’라는 개념을 사용해 왔습니다.

문제는 이 값이 단순한 측정값이 아니라, 우주의 나이와 크기, 미래까지 결정짓는 핵심 변수라는 점입니다. 허블 상수가 크면 우주는 더 빠르게 팽창하고 있고, 작으면 상대적으로 느리게 팽창하고 있다는 뜻이 됩니다.

놀랍게도 오늘날 가장 정밀한 관측 장비와 이론을 동원했음에도 불구하고, 허블 상수의 정확한 값은 여전히 하나로 합의되지 못하고 있습니다. 이 불일치가 바로 ‘허블 텐션’입니다.

허블 텐션이 의미하는 과학적 위기

허블 텐션은 단순한 계산 차이가 아닙니다. 우주 초기의 흔적을 이용해 계산한 값과, 비교적 가까운 우주의 천체를 이용해 계산한 값이 서로 충돌하고 있기 때문입니다.

전자는 우주 탄생 직후의 상태를 반영하고, 후자는 현재 우주의 모습을 반영합니다. 만약 두 값이 다르다면, 이는 우리가 우주의 진화를 이해하는 방식 자체가 불완전하다는 신호일 수 있습니다.

일부 과학자들은 관측 오차나 계산 과정의 누적 문제를 원인으로 보고 있지만, 다른 한편에서는 기존 물리 법칙을 넘어서는 새로운 현상이 숨어 있을 가능성도 제기하고 있습니다.

중력렌즈란 무엇이며 왜 중요한가

아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면, 질량이 큰 물체는 주변의 시공간을 휘게 만듭니다. 이로 인해 그 뒤를 지나오는 빛의 경로도 함께 휘어집니다. 이를 중력렌즈 효과라고 합니다.

특히 은하단처럼 질량이 극단적으로 큰 구조는 배경에 있는 천체의 빛을 여러 갈래로 나누거나 크게 증폭시킬 수 있습니다. 이 현상 덕분에 원래는 관측이 불가능한 아주 먼 우주의 천체도 볼 수 있게 됩니다.

중력렌즈 초신성이 특별한 이유

초신성은 별의 생애 마지막 단계에서 일어나는 폭발로, 매우 일정한 밝기 패턴을 보이는 경우가 많습니다. 이러한 특성 덕분에 우주 거리 측정의 기준점, 즉 ‘표준 촛불’로 활용됩니다.

여기에 중력렌즈 효과가 더해지면, 하나의 초신성이 여러 개의 이미지로 분리되어 관측됩니다. 중요한 점은 이 이미지들이 동시에 도착하지 않는다는 사실입니다.

빛은 서로 다른 경로를 따라 이동하면서 시공간의 휘어짐 정도에 따라 도착 시간이 달라집니다. 이 시간 지연은 우주 팽창 속도와 직접적으로 연결됩니다.

SN 아레스와 SN 아테나가 제공하는 전례 없는 기회

이번에 발견된 두 초신성은 모두 수십억 광년 떨어진 먼 과거의 사건입니다. 하지만 중력렌즈 덕분에 우리는 이 폭발을 여러 번, 서로 다른 시점에서 관측할 수 있게 되었습니다.

특히 한 초신성은 몇 년 내에, 다른 하나는 약 60년 뒤에 다시 관측될 것으로 예측됩니다. 이는 과거 데이터를 기반으로 미래의 관측 결과를 예측하고 검증할 수 있는, 매우 드문 과학 실험을 가능하게 합니다.

허블 상수를 ‘한 번에’ 측정할 수 있다는 의미

기존의 허블 상수 측정은 여러 단계를 거칩니다. 각 단계마다 작은 오차가 쌓이면서 최종 결과에 불확실성이 커집니다.

그러나 중력렌즈 초신성은 시간 지연이라는 단일 관측값만으로 우주 팽창률을 계산할 수 있습니다. 이 방식은 중간 보정이 거의 필요 없기 때문에, 이론적으로 가장 깨끗한 측정법 중 하나로 평가받습니다.

암흑에너지와 우주의 미래까지 연결되는 문제

우주가 가속 팽창하고 있다는 사실은 암흑에너지라는 미지의 존재를 가정하게 만들었습니다. 허블 상수는 암흑에너지의 성질을 추정하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

만약 중력렌즈 초신성으로 측정한 값이 기존 결과들과 다르다면, 이는 암흑에너지의 성질이나 우주의 기본 구조에 대한 재해석이 필요하다는 뜻일 수 있습니다.

수십 년에 걸친 관측이 우주론을 바꿀 수 있다

중력렌즈 초신성은 지금 당장 모든 답을 주지는 않습니다. 그러나 미래의 관측까지 포함해 설계된, 매우 드문 자연 실험입니다.

우주의 팽창 속도, 암흑에너지의 정체, 그리고 우리가 알고 있는 물리 법칙의 한계까지 — 이 모든 질문이 하나의 초신성 폭발에서 비롯될 수 있습니다.

과학은 즉각적인 결론보다, 검증 가능한 예측을 중시합니다. 그런 점에서 이 초신성들은 단순한 관측 대상이 아니라, 미래 우주론을 향한 약속이라고 할 수 있습니다.