우주에 미친 듯 날뛰는 혁명 관한 이야기

우주에 미친 듯 날뛰는 혁명 관한 이야기

 

별 하나는 쪼그라들어서 하얗게 달아올라 빛을 내고 있다. 이것은 우리의 태양 같은 별이 쪼그라들어 지구보다 더 작은 공간 속으로 밀려들어 간 '흰색 난쟁이 이별'이다. 우주의 절반쯤 떨어진 곳에서 잘못 맺어진 한 쌍이 죽음의 춤에 갇혔다. 거의 생애 마지막에 이른 별 두 개가 치명적인 중력에 붙잡혀 한데 어울려 돈다. 그 상대가 되는 별은 팽창해 엄청난 크기가 되었다. 이것은 차가운 붉은색 괴물로 원래 몸통의 몇 배로 팽창해 마지막 남은 연료를 태우는 큰 별이다. 빨간 큰 별과 흰색 난쟁이별은 서로의 중력에 붙잡혀서 서로의 둘레를 돈다. 이 한 쌍을 만들어낸 중력이 이들을 파괴하는 중이다. 짝에게 이끌린 채 부풀어 오른 큰 별은 쭈그러지면서 거대한 눈물방울 속으로 이끌려 들어간다. 빨간 큰 별의 가스가 눈물방울 끝에서 흘러나와 소용돌이를 이루어 흰색난쟁이별 속으로 들어간다. 마치 물이 배수구로 흘러나가는 것 같다. 흰색난쟁이별은 여러 해 동안이나 이 가스를 삼키고 헤아릴 수 없을 정도로 무거워진다. 그러다 어느 날 모든 것이 폭발한다. 흰색 난쟁이 별이 너무 무거워지면 덧붙여진 여분의 질량이 쪼그라든 별의 아슬아슬한 균형을 깨뜨린다. 가스가 약간만 더 많아지면 별은 갑자기 완전히 붕괴한다. 한순간에 별은 쭈글쭈글해지고 열이 올라가 굉음과 함께 눈이 멀 것 같은 폭발이 일어난다. 이것은 빅뱅 이후 우주에서 가장 강력한 사건들의 하나로서 이런 폭발이 만든 불꽃은 우주 전체에서 보인다.

아리스토텔레스 우주에서 지구는 작은 호두껍데기 안에 편안히 머물러 있었다. 허블의 혁명과 우주 배경복사의 발견은 우주가 시작과 종말을 갖는다는 사실을 보여주었다. 초신성들은 세 번째 혁명의 전조였다. 처음 두 번의 우주론 혁명이 우리가 우주에 대해, 그리고 그 안에 있는 우리의 지구에 대해 생각하는 방식을 부수어 버렸다. 코페르니쿠스 혁명은 편안한 아리스토텔레스의 우주를 파괴했다. 과학자들은 인류를 괴롭혀온 영원한 질문들에 대한 답변에 점차 다가가고 있다. 우주는 어디서 왔을까? 어떻게 끝날까? 지금 진행되고 있는 혁명은 우주 절반 저편의 대변동 덕분에 이 질문 중 하나에 대해서는 이미 답변을 찾았다.

세 번째 우주론 혁명이 과학자들을 깜짝 놀라게 했다. 그들은 우주가 어떻게 작동하는지 자기들이 꽤 잘 안다고 생각했기 때문이다. 우주 배경복사가 발견된 이후로 과학자들은 우주에 탄생에 대해 큰 틀은 대충 알고 있었다. 빛이 단 한 번 번쩍하면서 우주가 태어났다는 것과 우주를 마늗ㄹ어낸 대변혁으로 인하여 시공간 천이 팽창하고 있다는 것 등을 알고 있었다. 하지만 세부 사항은 많이 알지 못했다. 팽창 비율을 정확하게 알아야 우주의 정확한 나이를 알 수 있다. 그런데 팽창 비율을 측정하기란 매우 어려웠다. 수많은 불확실성 때문이다. 또한 과학자들은 우주의 최종적인 운명에 대해서도 제대로 알지 못했다. 우주가 영원히 팽창할 것인지 아니면 빅뱅의 반대인 '빅 크런치'와 함께 다시 붕괴할 것인지 정확하게 알지 못했다. 이것은 중요한 물음들이었지만 우주론자들은 점점 더 정밀한 측정을 통해 이런 물음들에 답변할 수 있을 것이라 생각했다. 이렇게 불확실한 목적을 이루기까지 수십 년 혹은 그보다 더 걸릴지도 모른다. 하지만 이제 사람들을 엄청나게 놀라게 할 무엇이 우주에 남아있는 것 같지는 않았다. 천문학자들은 세부 사항만 다듬으면 된다고 여겼다.

 

허블이 좋아하는 표준촛불은 세페이드 변광성이다. 멀리 떨어진 우주에서 찾아낸 세페이드 별들의 도움으로 허블은 우주가 팽창한다는 것을 보여주었을 뿐만 아니라 팽창 비율을 대략 계산하였다. 그것은 허블 상수로 표시되는 수치이다. 혁명의 불꽃은 상당히 지루한 영역에서 나타났다. 초신성을 측정하는 것은 우주의 팽창을 더욱 정확하게 측정하는 방법이다. 이것은 허블 자신이 사용한 것과 그리 다르지 않은 방법이다. 허블이 그랬던 것처럼 초신성 사냥꾼들은 매우 멀리 떨어진 대상까지도 거리를 측정하는 데 도움을 줄 표준촛불을 찾아보았다. 그 결과 허블이 생각한 값이 실제로보다 더 커졌다. 그리고 그는 우주가 실제보다 더 빠른 속도로 팽창한다고 생각했다. 하지만 정확한 값을 얻기란 어려운 일이었다. 허블 자신도 그것을 잘못 계산하였다. 당시의 천문학자들이 세페이지들 별을 잘 알지도 못했기 때문이다. 허블은 변광성 들이 모두 동일한 특성을 가지고 있을 것이라는 잘못된 가정을 함으로써 오류를 범하였다. 1952년에 천문학자 발터 바아데는 허블의 가정이 틀린 것임을 입증하였다. 허블이 사용한 것과 동일한 크기의 망원경을 사용해서 바아데는 안드로메다 은하계를 주의 깊게 관찰하여 세페이드 변광성이 두 종류라는 사실을 밝혀냈다. 한 종류는 다른 종류보다 더 희미한 특성을 보인다. 그 결과 허블의 표준촛불은 그가 생각했던 것 만큼 정확한 표준이 되지 못했다. 이것을 보지 못한 탓으로 허블은 은하계들이 실제보다 훨씬 더 가까이에 있다는 결론을 내렸다. 

 

1980년 ~ 1990년대 초에 우주 이야기는 시작에 대해서는 불확실하게 알고, 종말에 대해서는 모르는 상태에 있었다. 수십 년 동안이나 과학자들은 이런 불확실성의 일부를 없애기 위해서 허블 상수를 더욱 정밀하게 측정하려는 노력을 계속하였다. 이미 존재하는 허블 상수를 더욱 정확하게 다듬는 것이 아니라, 우주의 절반 저편에 있는 초신성들이 우리가 우주를 바라보는 방식을 변화시켰다. 그리고 우주가 어떻게 태어났는지 뿐만 아니라 그것이 어떻게 끝날 것인지도 보여주기 시작했다. 팽창 속도를 정확하게 알수록 우주의 나이를 제대로 알고 또한 우주의 탄생을 더 잘 이야기할 수 있다. 하지만 1990년대 말에 지루한 측정을 계속하면서 이렇게 터벅터벅 걸어가던 발걸음이 갑작스러운 흥분으로 바뀌었다. 그것은 대단히 놀라운 것 일었다. 거듭된 실험들이 우리가 꿈꾸었던 것보다 우주가 훨씬 더 이상하다는 것을 보여주면서 과학계는 열광으로 후끈 달아올랐다. 1997년에 우주론의 세 번째 혁명이 시작되었다. 그것은 아직도 진행 중이다.