알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)의 중력 이론을 고침으로써 천체물리학에서 가장 큰 수수께끼 중 하나를 풀 수 있을까? NASA 과학자들의 새로운 공동 연구는 아직이라고 말한다.

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우주는 가속 팽창하고 있으며 과학자들은 그 이유를 모른다. 이러한 현상은, 연구자들이 중력이 우주에 미치는 효과에 대해 이해한 모든 것들과 모순되는 것처럼 보인다: 당신이 사과를 공기 중으로 던지자 그 사과가 계속 위로 올라가는데, 점점 빨라지는 것과 같다. 암흑에너지라 명명된 이러한 가속의 원인은 여전히 수수께끼로 남아 있다. 

칠레의 Víctor M. Blanco 4미터 망원경을 사용한 국제 Dark Energy Survey의 새로운 연구는 이 모든 것이 단순히 오해인지 아닌지를 판단할 최근의 노력을 나타낸다: 전체 우주 규모에서 중력이 어떻게 작용하는지에 대한 기대는 결함이 있거나 불완전하다. 이러한 잠재적 오해가 과학자들이 암흑에너지를 설명하는 것을 도울지도 모른다. 하지만 그 연구 - 우주적 규모에서 알베르트 아인슈타인의 중력 이론에 관한 가장 정확한 시험 중 하나 - 는 현재의 이해가 여전히 정확해 보인다는 것을 발견한다.

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NASA의 제트 추진 연구소의 과학자들을 포함한 연구팀이 집필한 이번 결과는, 올해 8월 23일 리우데자네이루(Rio de Janeiro)에서 열린 입자물리 및 우주론 (COSMO’22) 회의에서 발표되었다. 이번 연구는 새로운 연구보다 훨씬 더 높은 정확성으로 중력에 대한 우리의 이해를 탐구하고, 마침내 그 수수께끼를 해결할 두 개의 다음 우주 망원경을 위한 발판을 마련하는 데 도움을 준다.

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한 세기도 전에, 알베르트 아인슈타인은 중력을 서술하는 일반 상대성이론을 고안해냈고, 지금까지는 그 이론이 수성의 궤도에서 블랙홀의 존재까지 모든 것을 정확히 예측해냈다. 하지만 이 이론이 암흑에너지를 설명할 수 없다면, 몇몇 과학자들이 주장하기로는, 몇몇 방정식을 수정하거나 새로운 요소를 추가할 필요가 있다.

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그게 사실인지 알아내기 위해, Dark Energy Survey의 연구원들은 우주 역사 전반에 걸쳐, 혹은 우주론적 거리 너머에서 중력의 강도가 달라진다는 증거를 찾기 시작했다. 긍정적인 발견은 아인슈타인의 이론이 불완전하다는 것을 나타내며, 우주의 가속 팽창을 설명하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한 연구원들은 유럽 우주국의 Planck 위성을 포함한 Blanco와 다른 망원경의 데이터도 조사했고 같은 결론에 도달했다.

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이번 연구는 아인슈타인의 이론이 여전히 유효하다는 것을 말해준다. 따라서 아직 암흑에너지에 대한 어떤 설명도 없다. 하지만 이번 연구는 두 개의 다가오는 임무에 반영될 것이다: NASA가 기여하는 2023년은 되어야 시작될 유럽 우주국의 Euclid 임무; 그리고 늦어도 2027년 5월 이전에 발사될 NASA의 Nancy Grace Roman 우주망원경. 두 망원경 모두 시간이나 거리에 따른 중력의 강도 변화를 탐색할 것이다.

흐릿한 시야

과학자들은 우주의 과거에 무슨 일이 일어났는지 어떻게 알 수 있을까? 멀리 있는 천체를 보는 것이다. 광년은 빛이 1년 동안 이동할 수 있는 거리를 뜻한다 (약 6조 마일, 혹은 약 9.5조 킬로미터). 이는 1광년 떨어진 천체를 본다면 빛이 막 출발한 1년 전 모습을 본다는 것을 뜻한다. 그리고 수십억 광년 떨어진 은하들은 수십억 년 전 모습으로 우리에게 보인다. 새로운 연구는 과거 약 50억년 전으로 뻗은 은하들을 보았다. Euclid 임무는 80억년 전 과거를 들여다 볼 예정이고, Nancy Grace Roman 우주망원경은 110억년 전을 거슬러서 볼 것이다.

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은하들은 그 자체로는 중력의 강도를 드러내지 않지만, 지구에서 그것들이 어떻게 보이는지를 통해 중력의 강도를 알 수 있다. 우리 우주의 대부분의 물질은 암흑물질인데, 암흑물질은 빛을 방출하거나 반사하지 않으며, 빛과 상호작용하지도 않는다. 과학자들이 아직 암흑물질이 무엇으로 이루어져 있는지 모르지만, 암흑물질이 있다는 것은 알고 있는데, 중력이 작용하기 때문이다: 우리 우주의 거대한 암흑물질 저장고는 공간 자체를 뒤틀어 놓는다. 빛이 공간을 가로질러 진행할 때 이러한 휘어진 공간의 일부분을 마주하게 되는데, 그 결과 멀리 있는 은하가 휘어지거나 희미하게 보이게 된다. 이러한 현상은 NASA의 제임스 웹 우주망원경이 처음으로 발표한 사진에 나와 있다. 

Dark Energy Survey의 과학자들은 미시 중력 렌즈라고 불리는 효과인 암흑물질로 구부러진 공간의 미묘한 뒤틀림을 찾기 위해 은하 사진을 찾고 있다. 중력의 강도는 암흑물질 구조의 크기와 분포를 결정하고, 크기와 분포는 차례대로 은하들이 우리에게 어떻게 뒤틀려 보이는지 결정한다. 그것이 바로 사진들이 지구로부터 다른 거리 그리고 우주의 역사를 통해 오래 전 시간에서의 중력의 강도를 드러내는 방법이다. 연구팀은 이제 1억 개가 넘는 은하들의 모양을 측정했고, 지금까지의 관측은 아인슈타인의 이론이 예측한 것과 일치한다.

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“측정이 점점 더 정확해지면서, 아인슈타인의 중력 이론을 시험할 기회는 여전히 있습니다.” 연구의 공동 저자이자 JPL에서 박사후 연구원 과정을 밟는 중인 Agnès Ferté가 말했다. “하지만 Euclid와 Roman을 준비하기 전에 해야할 일이 많아요. 우리가 Dark Energy Survey와 그리 했던 것처럼 이 문제에 대해 전 세계 과학자들과 계속 협력하는 것이 필수적입니다.”라고 덧붙였다.

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기사 출처: https://www.technology.org/2022/08/28/nasa-scientists-help-probe-dark-energy-by-testing-gravity/

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