수십년 동안 일반상대성이론을 바탕으로 한 중력이론은
이때 연구자들은 처음으로 다음과 같은 사실을 발견했습니다.먼 은하의 행동은 중력 이론의 예측과 일치하지 않습니다. 먼 성단과 항성계에서 발생하는 시공간 왜곡은 관측을 기반으로 계산된 그러한 물체의 질량보다 훨씬 더 강한 것으로 밝혀졌습니다.
이후 1990년대 후반 연구자들은또 다른 특이한 사실을 발견했다. 우주의 팽창 속도는 시간이 지남에 따라 증가한다는 것이 밝혀졌습니다. 이 효과는 알버트 아인슈타인의 이론에 또 다른 도전을 제기했습니다. 즉, 물질의 중력 효과는 우주의 팽창을 가속시키는 것이 아니라 느리게 한다는 것이었습니다. 현대 우주론 모델인 ΛCDM 모델은 이러한 질문에 대한 답을 찾았지만 과학자들은 20세기 전반부의 천재성에 도전하겠다는 희망을 버리지 않고 있다.
과학자들은 왜 우주가 가속 팽창하고 있다고 생각합니까?
우주의 가속 팽창이 발견되었다.1998년 두 개의 독립적인 팀이 동시에 작업한 결과로: 초신성 우주론 프로젝트와 High-Z 초신성 탐색 그룹 두 연구 그룹은 먼 항성 폭발을 분석하여 우주 팽창의 가속도를 연구했습니다.
La형 초신성은 거의 같다.표준 광도. 그러한 물체의 밝기를 관찰함으로써 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알 수 있습니다. 또한 우주가 팽창함에 따라 멀리 있는 물체의 빛이 스펙트럼의 빨간색 쪽으로 이동합니다. 적색편이를 측정하면 초신성이 발생한 이후 우주가 얼마나 팽창했는지 알 수 있습니다.
이 기간 동안 천체물리학자들은실험에서는 우주가 더 느린 속도로 팽창해야 하며 그 후에는 과정이 멈추거나 수축하기 시작해야 한다고 확신했습니다. 그러나 두 과학자 그룹이 독립적으로 도달한 예상치 못한 결과는 우주가 가속 속도로 팽창하고 있다는 것입니다.
우주의 팽창은 나중에 확인되었다다른 방법. 우주론적 마이크로파 배경의 측정(빅뱅의 흔적), 중력 렌즈 효과 및 중입자 음향 진동 분석은 우주 팽창의 가설을 확인합니다.
2007년에는 우주 팽창의 효과를 발견한 두 팀 모두 우주론 분야 그루버상을 수상했고, 2011년에는 참가자 중 3명이 노벨 물리학상을 수상했습니다.
우주의 가속 팽창. 이미지: NASA, STSci, 앤 필드
가속 팽창을 설명하는 방법?
관찰(우주의 팽창과 먼 은하계로부터의 더 강한 시공간 왜곡)을 설명하기 위해 과학자들은 암흑 물질과 암흑 에너지라는 두 가지 새로운 모델을 도입했습니다.
암흑 물질은 가상의 형태입니다.과학자들은 우주 물질의 약 85%를 구성한다고 믿고 있습니다. 그것은 어떤 식 으로든 전자기장과 상호 작용하지 않기 때문에 암흑이라고합니다. 즉, 이러한 물질은 빛 및 기타 전자파를 반사, 흡수 또는 방출하지 않습니다. 그러나 자체 질량이 있으므로 중력의 영향을 받습니다. 우주론 모델에 암흑 물질을 추가하면 먼 은하의 더 강한 중력을 설명하는 데 도움이 됩니다.
암흑 에너지는 가상의 형태입니다.암흑 물질과 달리 에너지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 암흑 에너지는 매우 균질하고 밀도가 높지 않으며 중력 이외의 기본 힘과 상호 작용할 수 없다고 믿어집니다. 이 에너지는 진공 에너지와 관련이 있습니다. 우주가 팽창하고 자유 공간이 증가함에 따라 이 에너지가 증가한다고 가정하면 균일 팽창에서 가속 팽창으로의 전이를 설명할 수 있습니다.
암흑 에너지 가설이 잘 설명되어 있지만우주에서 관찰되는 과정, 그 존재 자체와 중력장과의 상호 작용은 일반 상대성 이론 및 아인슈타인의 중력 이론과 연관시키기 어렵습니다.
이론을 테스트하는 방법?
일부 학자들은 이론이중력은 암흑 에너지를 설명할 수 없으며 아마도 불완전할 수 있으며 모든 관측을 함께 묶을 방정식에 추가 매개변수 또는 변수를 추가해야 합니다. 이 가설을 테스트하기 위해 과학자들은 과거에서 중력 이론을 위반한 징후를 찾습니다.
그러한 작업 중 하나가 국제 연구입니다.칠레의 4미터 빅터 블랑코 망원경을 사용한 암흑에너지. 이번 관측 결과는 지난 8월 리우데자네이루에서 열린 입자물리학과 우주론 국제회의(COSMO’22)에서 발표됐다.
연구 참가자는 증거를 찾았습니다.중력의 힘은 우주의 역사를 통해 또는 먼 과거에 변했다는 사실. 그들의 작업을 위해 그들은 주요 Blanco 망원경 외에도 유럽 우주국의 Planck 위성 데이터를 사용했습니다.
천체물리학자들은 은하의 이미지를 연구해왔습니다.암흑 물질에 의한 공간의 곡률로 인해 더 미묘한 왜곡이 존재합니다. 이를 약한 중력 렌즈라고 합니다. 중력의 강도는 암흑 물질 구조의 크기와 분포를 결정하며, 크기와 분포는 차례로 이러한 은하가 우리에게 나타나는 곡선을 결정합니다.
이 모든 매개변수를 측정하여 힘을 결정할 수 있습니다.먼 은하의 중력. 그리고 그것들의 빛이 우리에게 도달하는 데 수백만, 수십억 년이 걸리기 때문에 본질적으로 과학자들은 중력이 과거에 어떻게 행동했는지 조사하고 있습니다.
연구원들은 이미 연구했다고 보고했습니다.1억 개 이상의 은하에서 중력과 모양을 관찰했지만, 모든 실험에서 관찰 결과는 아인슈타인의 이론과 완전히 일치했습니다. 따라서 암흑 에너지의 본질은 미스터리로 남아 있습니다.
첫 번째 James Webb 이미지에서 볼 수 있는 것과 같은 중력 렌즈는 과학자들이 먼 시스템에서 암흑 물질과 중력을 탐구하는 데 도움이 됩니다. 이미지: NASA, ESA, CSA, STScI
다음은 무엇입니까?
아인슈타인의 이론은 여전히 유효하지만 연구자들은계속해서 그 힘을 시험해 보세요. 암흑 에너지의 본질을 설명하려는 새로운 시도는 위성 임무를 통해 이루어질 것입니다. 유럽우주국은 2023년 유클리드 우주망원경을 발사할 계획이다. 장치의 장비는 지구로부터 서로 다른 거리에 위치한 은하의 적색편이를 측정하고 적색편이와 거리 사이의 관계를 탐색합니다.
개발자는 Euclid가80억 년을 되돌아본다. 초정밀 측정의 도움으로 그는 이 시대의 중력, 암흑 물질, 암흑 에너지가 어떻게 존재했는지 알아낼 수 있을 것입니다.
NASA는 비슷한 임무를 계획하고 있습니다.2027년에는 Nancy Grace Roman 우주 망원경을 지구 궤도로 발사할 계획입니다. 연구원들은 그가 110억 광년 거리에 있는 은하계를 연구하고 가장 초기의 우주를 연구할 수 있을 것이라고 믿고 있습니다.
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표지: 디자인 Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons를 통해