[아하! 우주] 블랙홀이 ‘암흑 에너지’ 원천이다…관측 증거 발견

지난 1998년 1a형 초신성을 이용하여 우주의 팽창속도 변화를 연구하던 관측결과에 의하면, 우주의 팽창속도는 느려지는 것이 아니라 빨라지고 있음이 밝혀졌다. 연구 결과에 의하면 오늘날 우주는 70억 년 전 우주에 비해 15%나 빨라진 속도로 팽창하고 있다. 이 놀라운 사실을 알아낸 과학자들에게 2011년 노벨 물리학상이 주어졌다.

그렇다면 무슨 힘이 이렇게 우주를 가속 팽창시키고 있다는 말인가? 물리학자들이 내놓은 답은 중력에 반하는 척력이 시공간을 밀어내어 우주를 팽창시키고 있으며, 그들은 그 정체 모를 힘에 ‘암흑 에너지’라는 이름을 붙여주었다.

​가장 널리 받아들여지는 암흑 에너지의 모델은 공간 자체가 갖고 있는 어떤 고유의 힘으로 파악된다. 따라서 우주가 팽창하면 그만큼 더 많은 암흑 에너지가 생산되는데, 놀랍게도 우주의 총 에너지-물질의 양 중 73%나 차지하고 있는 것으로 밝혀졌다.

이 암흑 에너지로 인해 우리는 우주공간이 말 그대로 텅 빈 공간만은 아님을 알게 되었다. 입자와 반입자가 끊임없이 생겨나고 스러지는 역동적인 공간으로, 이것이야말로 우주공간의 본원적 성질임을 어렴풋이 인식하게 된 것이다. 그러나 암흑 에너지가 어디에서 온 것인지, 또 어떤 것인지에 대해서는 아직까지 거의 밝혀진 것이 없다.

최근 암흑 에너지의 원천에 대한 하나의 단서가 새 연구에서 제시되었다. 미국 하와이 대학이 이끄는 17명의 국제 연구원으로 구성된 팀이 암흑 에너지의 기원에 대한 첫 번째 증거인 블랙홀을 발견했다.

블랙홀은 두 가지 방식으로 질량을 얻는다. 가스의 강착과 다른 블랙홀과의 합병이다. 그러나 휴면 중인 거대타원은하에서 90억 년 동안 진행된 블랙홀 진화과정을 연구하면서 연구원들은 오래된 블랙홀이 이 두 가지 성장 방법을 기반으로 하는 것보다 질량이 훨씬 더 크다는 것을 발견했다. 이는 블랙홀이 질량을 얻는 또 다른 방법이 있음을 의미한다.

연구원들은 그 답이 바로 진공 에너지 형태의 암흑 에너지라고 제안한다. 연구의 공동 저자인 크리스 피어슨 박사는 “이론이 사실이라면 이것은 우주론 전체에 혁명을 일으킬 만한 획기적인 발견”이라면서 “왜냐하면, 마침내 우리는 20년 이상 물리학자들을 당혹스럽게 해온 암흑 에너지의 기원에 대한 해결책을 얻은 것이 되기 때문”이라고 밝혔다.

사실 블랙홀이 암흑 에너지의 원천이라는 생각은 새로운 것은 아니다. 이미 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 일부이기 때문이다. 그러나 천문학자들이 이론을 뒷받침하는 관측 증거를 얻은 것은 이번이 처음이다. 이번 연구결과는 ‘천체물리학회지’ 15일 자에 게재됐다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com