국립과학연구센터(CNRS)의 장피에르 페티 연구원에 대한 견해

CNRS의 저자 Jean-Pierre Petit에 대한 의견

이 보고서는 CNRS의 뉴스레터에 게재된 것으로, Jean-Pierre Petit의 천체물리학 및 우주론 연구에 대한 평가를 담고 있다.

2005년 3월 8일

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1998년, 핵물리 및 고에너지 물리학 연구소의 피에르 아시에르는 이렇게 말한다. "우주의 팽창이 신비한 '어둠의 에너지'의 영향으로 가속화되고 있다." 이 에너지는 우주 전체의 약 70%를 차지한다. 그러나 그 구성은 전혀 알려져 있지 않다. 이전까지는 빅뱅 이론과 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 틀 안에서, 우주는 초기의 '폭발'에 의해 일정하게 팽창하고 있다는 것이 알려져 있었다. 따라서 연구자들의 작업은 우주의 구성 요소를 조사하여 그 '무게'를 파악하고, 중력의 영향으로 팽창이 멈출 수 있는지를 판단하는 데 집중되었다. 그러나 7년 전, 이러한 사고는 완전히 뒤바뀌었다. 두 개의 독립적인 팀, 즉 '초신성 우주론 프로젝트'와 'High z 초신성 탐사 팀'이 등장했다. 이들은 약 10억에서 60억 년 전의 거대한 별 폭발(초신성) 약 50건을 관측하였다. 이들은 타입 Ia 초신성, 즉 자연적인 핵 폭발로 간주되는 현상을 관측했다. 이 희귀한 현상은 '기준 촛불'이라 불리는데, 그 절대 밝기와 거리를 두 가지 다른 방법으로 측정할 수 있기 때문이다. 그러나 1998년의 관측 결과, 가장 먼 초신성의 빛이 물질만으로 설명되는 우주의 팽창에 비해 더 약하게 보였다. 이에 따라 결론이 도출되었다. 밝기의 약한 현상은 별이 멀리 떨어져 있기 때문이며, 그 은하의 거리는 우리가 생각하는 것보다 훨씬 멀리 있다. 따라서 우주는 예상보다 더 빠르게 팽창하고 있어야 한다. 이 현상을 설명하기 위해, 우주의 팽창을 촉진하는 신비한 어둠의 에너지를 도입해야 한다. 이 발견은 빅뱅 이론을 흔들었을까? "아니요, 전혀 그렇지 않습니다. 오히려 관심을 끌고 더 흥미로운 요소를 더해줄 뿐입니다." 피에르 아시에르는 안심시킨다.

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1998년 이후, 두 번의 가속 팽창 확인이 이어져 가설을 더욱 강화했다. 그리고 "최근의 결과들에 따르면, 이 팽창 양상은 약 40억~50억 년 전부터 지속되고 있으며, 이는 우주의 역사 중 약 35%에 해당합니다." 라고 물리학자인 아시에르는 설명한다. 그는 레이날드 페인의 연구팀에 속해 있으며, 미국 초신성 우주론 프로젝트에 참여한 유일한 프랑스인이다. 현재 프랑스 연구자들은 캐나다-프랑스-하와이 천문대와 칠레에 있는 유럽남부 천문대의 매우 큰 망원경(VLT)을 포함해 여러 대의 망원경을 사용하고 있다. 먼 초신성 탐사가 이 관측 장비들의 주요 과제가 되었다. 그들의 목표는 무엇일까? "수백 개를 찾아내는 것!" 피에르 아시에르는 열정을 불태운다. 과거의 우주 팽창 가속도가 어떻게 변화했는지를 추정하려면 이 작업이 필수적이다. 일부 물리학자들은 이러한 반발력이 '공간의 에너지'라고 부르는 현상의 징후라고 본다.

1998년 이후, 두 번의 가속 팽창 확인이 이어져 가설을 더욱 강화했다. 그리고 "최근의 결과들에 따르면, 이 팽창 양상은 약 40억~50억 년 전부터 지속되고 있으며, 이는 우주의 역사 중 약 35%에 해당합니다." 라고 물리학자인 아시에르는 설명한다. 그는 레이날드 페인의 연구팀에 속해 있으며, 미국 초신성 우주론 프로젝트에 참여한 유일한 프랑스인이다. 현재 프랑스 연구자들은 캐나다-프랑스-하와이 천문대와 칠레에 있는 유럽남부 천문대의 매우 큰 망원경(VLT)을 포함해 여러 대의 망원경을 사용하고 있다. 먼 초신성 탐사가 이 관측 장비들의 주요 과제가 되었다. 그들의 목표는 무엇일까? "수백 개를 찾아내는 것!" 피에르 아시에르는 열정을 불태운다. 과거의 우주 팽창 가속도가 어떻게 변화했는지를 추정하려면 이 작업이 필수적이다. 일부 물리학자들은 이러한 반발력이 '공간의 에너지'라고 부르는 현상의 징후라고 본다.

다른 이들은 만약 어둠의 에너지가 시간에 따라 변화한다면, 이는 네 가지 기본 힘 외에 존재하는 '오염된 물질' 또는 '다섯 번째 본질'인 '쿼티세인스'의 일종일 수 있다고 본다(28쪽 참조). 이제 여러분은 알겠지만, 우주의 운명이 걸려 있다. 모호함을 해결하는 것이 절박한 상황이다. 현재 진행 중인 프로젝트를 통해 프랑스 팀은 5년 내에 새로운 초신성 600개를 탐지할 계획이다. 한편, 우주 망원경 허블은 2003년에 16개의 초신성을 발견했다. 어둠의 에너지를 찾는 경쟁에서 누가 승리할지, 지켜보자!

프레드릭 구르앵

연락처

피에르 아시에르, astierin2p3.fr

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한편, 은하의 회전 관측은 별보다 10배 더 무거운 어둠의 물질 환경이 존재함을 확인했다. 다른 한편, 은하단은 수백만 도에 달하는 고온의 가스를 포함하고 있다. 챔드라 위성(NASA)과 XMM(유럽) 위성의 X선 측정 결과, 여기서 어둠의 물질의 양은 보이는 물질보다 100배 더 많다는 것이 밝혀졌다. 마지막으로, 최근에 새로운 도구가 입증되었다. 일반 상대성 이론이 예측한 천체적 현상인 중력 렌즈는 우주의 기하학을 탐사하는 강력한 수단을 제공한다. 미세 중력 렌즈 효과를 관측함으로써, 은하의 어둠의 물질이 고전적인 의미의 원자(핵: 양성자와 중성자, 전자)로 구성되어 있지 않다는 것이 밝혀졌다. 이러한 신비한 물체들은 'MACHO'(대량 환경 밀집 물체)라 불리며, 연구자들은 이들이 우리 은하에 있는 전체 물질의 10% 미만을 차지한다고 추정했다. 그렇다면, 원자핵도, 알려진 입자도 아닌 우주의 나머지 부분은 무엇으로 이루어져 있을까? 누구도 모른다. 그러나 몇 가지 아이디어는 제시되고 있다. 물리학자들은 이미 후보 하나를 가지고 있다. 바로 초대칭 이론(29쪽 참조)에서 나온 '중성자'이다. 이는 입자 물리학의 표준 모델의 확장 가능성으로, 대형 가속기에서 그 신호를 찾고 있다. 이 입자는 보통 물질과의 상호작용이 매우 약하다. 현재까지의 최신 데이터에 따르면, 우리 주변의 우주는 다음과 같이 구성되어 있다:

|---|---|

• 70%는 성질과 구성이 알려지지 않은 어둠의 에너지. 팽창을 가속시키지만, 팽창과 함께 희석되지 않음

• 25%는 초대칭의 중성자 등과 같은 특이한 어둠의 물질. 팽창과 함께 희석됨

• 4.5%는 보통 물질. 대부분은 어두운 상태이며 빛을 내지 않음. 별과 빛을 방출하거나 빛을 흡수하는 물질은 단지 0.5%에 불과함. 탄소, 질소, 산소, 실리콘, 철과 같은 무거운 화학 원소는 0.03%를 차지함. 이들은 지구와 생명체의 구성 요소임

• 0.3% 미만의 뜨거운 어둠의 물질은 중성자로 이루어져 있으며, 풍부하지만 질량은 작음

F.G.

한편, 은하의 회전 관측은 별보다 10배 더 무거운 어둠의 물질 환경이 존재함을 확인했다. 다른 한편, 은하단은 수백만 도에 달하는 고온의 가스를 포함하고 있다. 챔드라 위성(NASA)과 XMM(유럽) 위성의 X선 측정 결과, 여기서 어둠의 물질의 양은 보이는 물질보다 100배 더 많다는 것이 밝혀졌다. 마지막으로, 최근에 새로운 도구가 입증되었다. 일반 상대성 이론이 예측한 천체적 현상인 중력 렌즈는 우주의 기하학을 탐사하는 강력한 수단을 제공한다. 미세 중력 렌즈 효과를 관측함으로써, 은하의 어둠의 물질이 고전적인 의미의 원자(핵: 양성자와 중성자, 전자)로 구성되어 있지 않다는 것이 밝혀졌다. 이러한 신비한 물체들은 'MACHO'(대량 환경 밀집 물체)라 불리며, 연구자들은 이들이 우리 은하에 있는 전체 물질의 10% 미만을 차지한다고 추정했다. 그렇다면, 원자핵도, 알려진 입자도 아닌 우주의 나머지 부분은 무엇으로 이루어져 있을까? 누구도 모른다. 그러나 몇 가지 아이디어는 제시되고 있다. 물리학자들은 이미 후보 하나를 가지고 있다. 바로 초대칭 이론(29쪽 참조)에서 나온 '중성자'이다. 이는 입자 물리학의 표준 모델의 확장 가능성으로, 대형 가속기에서 그 신호를 찾고 있다. 이 입자는 보통 물질과의 상호작용이 매우 약하다. 현재까지의 최신 데이터에 따르면, 우리 주변의 우주는 다음과 같이 구성되어 있다:

한편, 은하의 회전 관측은 별보다 10배 더 무거운 어둠의 물질 환경이 존재함을 확인했다. 다른 한편, 은하단은 수백만 도에 달하는 고온의 가스를 포함하고 있다. 챔드라 위성(NASA)과 XMM(유럽) 위성의 X선 측정 결과, 여기서 어둠의 물질의 양은 보이는 물질보다 100배 더 많다는 것이 밝혀졌다. 마지막으로, 최근에 새로운 도구가 입증되었다. 일반 상대성 이론이 예측한 천체적 현상인 중력 렌즈는 우주의 기하학을 탐사하는 강력한 수단을 제공한다. 미세 중력 렌즈 효과를 관측함으로써, 은하의 어둠의 물질이 고전적인 의미의 원자(핵: 양성자와 중성자, 전자)로 구성되어 있지 않다는 것이 밝혀졌다. 이러한 신비한 물체들은 'MACHO'(대량 환경 밀집 물체)라 불리며, 연구자들은 이들이 우리 은하에 있는 전체 물질의 10% 미만을 차지한다고 추정했다. 그렇다면, 원자핵도, 알려진 입자도 아닌 우주의 나머지 부분은 무엇으로 이루어져 있을까? 누구도 모른다. 그러나 몇 가지 아이디어는 제시되고 있다. 물리학자들은 이미 후보 하나를 가지고 있다. 바로 초대칭 이론(29쪽 참조)에서 나온 '중성자'이다. 이는 입자 물리학의 표준 모델의 확장 가능성으로, 대형 가속기에서 그 신호를 찾고 있다. 이 입자는 보통 물질과의 상호작용이 매우 약하다. 현재까지의 최신 데이터에 따르면, 우리 주변의 우주는 다음과 같이 구성되어 있다:

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