“허블우주망원경 관측 우주 팽창률에 실수 없었다”

우주 팽창률을 나타내는 허블상수는 우주 역사와 미래를 조사하는데 중요한 데이터이며 허블우주망원경에 의한 관측을 통해 구해진다. 하지만 다른 관측 방법으로부터 산출한 값과 어긋남이 있었고 허블우주망원경 측정에 오류가 있을 가능성이 지적되어 왔다. 하지만 2021년 발사된 제임스웹우주망원경 측정 데이터는 허블우주망원경 측정에 실수가 없었다는 걸 보여줬다.

우주는 빅뱅에 의해 탄생한 138억 년 전부터 팽창을 계속해왔다. 우주가 팽창하면서 지구가 있는 은하수 은하에서 관측하면 어떤 방향을 봐도 먼 곳에 존재하는 은하는 멀어져 있다. 우주가 팽창해 은하가 멀어지고 있다는 건 적색편이(redshift)라는 현상에서 알 수 있었다. 우리가 멀리 있는 천체를 관찰한다는 건 이 천체에서 나온 빛이 지구에 닿았다는 걸 의미한다. 하지만 이 빛이 천체에서 지구에 도달할 때까지 수억 년간에도 우주 공간은 계속 팽창하고 있기 때문에 빛 파장이 길어져 가시광으로 말하면 더 붉은 쪽으로 치우쳐 버린다.

미국 천문학자인 에드윈 허블은 자신의 관측 결과에 근거한 경험칙으로 우주 팽창에 의해 은하가 멀어지는 속도는 은하까지의 거리에 비례한다는 허블 루미터(Hubble-Lemaitre law) 법칙을 발표했다. 이 허블 루미터 법칙(v=H 0 r)이라는 식에서 비례 상수 H0을 허블상수라고 한다.

1990년 발사된 허블우주망원경에 부과된 임무 중 하나는 이런 허블상수 정확한 값을 측정하는 것이었다. 허블우주망원경이 세페이드변광성(Cepheid variable)을 측정해 우주 연령이 138억 년인 것도 분명해졌다. 허블우주망원경 측정치는 오차 1% 미만이라는 정밀도였다고 하지만 허블우주망원경 데이터로부터 도출된 허블 정수는 ESA 플랑크 위성이 측정한 우주 마이크로파 배경 방사로부터 도출된 결과와는 조금 차이가 있었다고 한다. 따라서 허블우주망원경 이상에 의한 관측 오차가 있을 가능성도 지적됐다.

또 일부 천문학자로부터는 세페이드변광성이 우주 팽창에 의해 멀어져 가는 것에 따라 우주 거리 측정법 결과에 불균일이 일어나 부정확하게 되어 가기 때문은 아니냐는 설이 주창됐다. 하지만 제임스웹우주망원경이 2022년 가동을 시작한 것으로 지금까지 허블우주망원경으로 측정해온 데이터를 확인할 수 있게 됐다. 그 결과 제임스웹우주망원경에 의한 측정 결과가 허블우주망원경에 의한 것과 일치하는 걸 확인했다.

다시 말해 우주망원경 측정에서 도출되는 팽창률과 우주 마이크로파 배경 방사에서 도출되는 팽창률에 차이가 나오는 건 기기 이상에 의한 오차가 아니라 다른 뭔가가 영향을 줬기 때문이라고 한다. 하지만 이 측정 결과에 영향을 미치는 요소가 뭔지 현재 밝혀지지 않았다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.