우주 팽창의 발견, 적색편이와 그 결과(2) “허블과 아일랜드 유니버스"
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2025-01-16 20:46:57
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- 1923년 10월 7일, 밝기 주기적으로 변하는 별 발견, 별이 밝을수록 밝기 변동 속도가 느리다.
- 은하가 더 멀리 있을수록 적색편이가 더 크다. 초당 500km 속도
- 그의 자료는 우주의 근본적인 속성, 즉 우주가 확장되고 있다는 사실을 처음으로 증명
행운의 별
허블은 1919년부터 캘리포니아주 윌슨산 천문대에서 일하며 당시 가장 시급한 천문학적 의문, 즉 나선 성운의 본질에 대한 답을 찾아냈다. 대부분 천문학자는 이 성운이 당시 우주의 유일한 은하인 우리 은하에 있는 천체라고 생각했다. 허블은 정확한 측정과 관찰을 통해 신비한 나선 성운이 태양계로부터 얼마나 떨어져 있는지 알아내고자 했다. 이를 위해 그는 먼저 동료인 베스토 슬리퍼가 처음 살펴본 천체, 즉 안드로메다 성운 M31을 살펴봤다.
1923년 10월 7일, 허블은 행운을 얻었다. 이 성운의 여러 사진을 비교하던 중, 그는 밝기가 규칙적으로 변하는 밝은 빛점을 발견했는데, 바로 세페이드 별이었다. 이러한 변광성은 천문학자 헨리에타 리빗이 얼마 전 발견한 바와 같이 특별한 특징을 갖고 있다. 별이 밝을수록 밝기 변동 속도가 느리다는 것이다.
이로 인해 세페이드는 우주의 거리를 측정하는 천문학적 "기준"으로 이상적이다. 별의 밝기는 거리가 멀어질수록 감소하지만, 세페이드의 규칙적인 맥동을 통해 실제 밝기가 얼마나 밝은지 알 수 있다. 두 가지를 연관시키면 별이 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알 수 있다.
은하수는 혼자가 아니다
허블이 안드로메다에서 발견한 별에서 하고 있는 일이 바로 이것이었다. 그리고 그것은 놀라운 값을 도출해냈다. 계산에 따르면 이 세페이드는 약 90만 광년 떨어져 있어야 한다. 하지만 이는 안드로메다 성운이 우리 은하계 바깥에 멀리 위치해야 한다는 걸 뜻하는데, 우리 은하계의 지름은 약 10만 광년에 불과하다.
허블은 우리 은하 너머에 있는 또 다른 은하를 발견해 큰 반향을 일으켰다. 알려진 우주는 단번에 엄청나게 확장되었다. 각 나선 성운은 단순한 은하계 가스 구름이 아니라, 우리 은하계 바깥에 있는 완전한 항성계, 즉 '섬 우주'다. 천문학자는 나중에 강의에서 "우리는 창조물이 지금까지 만들어진 가장 강력한 망원경의 한계를 훨씬 넘어선다고 가정해야 한다"라고 말했다. “우주의 역사는 지평을 확장해 나가는 역사다.”
갑자기 근처의, 잘 알려져 있다고 생각했던 우주의 환경이 거대하고 알려지지 않은 공간으로 변이했다. "허블이 은하수가 전체 우주를 구성하지 않는다는 것을 증명하는 것 이상의 일을 하지 않았더라도, 그는 이미 역사상 가장 중요한 천문학자의 자리를 차지했을 것이다." 하버드-스미소니언 천체물리학 센터의 천문학자 로버트 커슈너의 말이다.
경주 은하계와 상수
그러나 허블의 관측은 우주론에 더욱 중요한 '유레카!' 순간을 제공하게 될 것이다. 천문학자는 자신의 첫 번째 발견에 호기심을 느껴서 이제 다른 나선 성운의 적색편이와 거리를 결정하기 시작했다. 그런 다음 은하를 거리, 크기, 모양, 밝기에 따라 정렬했다. 그는 연관성을 발견했다. 은하가 더 멀리 있을수록 적색편이가 더 크다는 것이다. 그러므로 먼 성단은 가까운 별단보다 훨씬 더 빨리 우리에게서 멀어지고 있다.
허블은 이제 이러한 은하의 "탈출 속도"를 다이어그램에 거리에 따라 표시하고 선형 상관관계를 발견했다. 즉, 적색편이와 거리 간의 관계는 상수로 설명될 수 있다. 천문학자는 이 상수의 값을 초당 약 500킬로미터와 메가파섹으로 정했다. 허블은 이보다 훨씬 높았음을 알 수 있었다.
그럼에도 불구하고 이러한 발견은 혁명적이다. 허블은 1929년에 자신의 연구 결과를 발표했는데, 이는 우주에 대한 우리의 이해에 전환점을 가져왔다. 그의 자료는 우주의 근본적인 속성, 즉 우주가 확장되고 있다는 사실을 처음으로 증명해 보였다. (계속)
- 1923년 10월 7일, 밝기 주기적으로 변하는 별 발견, 별이 밝을수록 밝기 변동 속도가 느리다.
- 은하가 더 멀리 있을수록 적색편이가 더 크다. 초당 500km 속도
- 그의 자료는 우주의 근본적인 속성, 즉 우주가 확장되고 있다는 사실을 처음으로 증명
우주 확장의 발견: 허블과 "아일랜드 유니버스"
20세기 초에 천문학자들은 이미 수많은 '나선 성운'을 발견하고 지도에 표시했다. 하지만 그 당시에는 이 빛나는 우주의 구조물이 무엇인지, 그리고 지구로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 아무도 몰랐다. 이 중요한 정보를 처음으로 제공한 사람은 젊은 미국 천문학자 에드윈 허블이었다.
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| ▲ 미국의 천문학자 에드윈 허블은 '나선 성운'이 실제로는 외계 은하라는 사실을 발견했다. 이것은 1931년의 초상화다. |
행운의 별
허블은 1919년부터 캘리포니아주 윌슨산 천문대에서 일하며 당시 가장 시급한 천문학적 의문, 즉 나선 성운의 본질에 대한 답을 찾아냈다. 대부분 천문학자는 이 성운이 당시 우주의 유일한 은하인 우리 은하에 있는 천체라고 생각했다. 허블은 정확한 측정과 관찰을 통해 신비한 나선 성운이 태양계로부터 얼마나 떨어져 있는지 알아내고자 했다. 이를 위해 그는 먼저 동료인 베스토 슬리퍼가 처음 살펴본 천체, 즉 안드로메다 성운 M31을 살펴봤다.
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| ▲ 안드로메다 은하는 허블이 최초로 조사한 대상이다. © Stephen Rahn/ 퍼블릭 도메인 |
1923년 10월 7일, 허블은 행운을 얻었다. 이 성운의 여러 사진을 비교하던 중, 그는 밝기가 규칙적으로 변하는 밝은 빛점을 발견했는데, 바로 세페이드 별이었다. 이러한 변광성은 천문학자 헨리에타 리빗이 얼마 전 발견한 바와 같이 특별한 특징을 갖고 있다. 별이 밝을수록 밝기 변동 속도가 느리다는 것이다.
이로 인해 세페이드는 우주의 거리를 측정하는 천문학적 "기준"으로 이상적이다. 별의 밝기는 거리가 멀어질수록 감소하지만, 세페이드의 규칙적인 맥동을 통해 실제 밝기가 얼마나 밝은지 알 수 있다. 두 가지를 연관시키면 별이 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알 수 있다.
은하수는 혼자가 아니다
허블이 안드로메다에서 발견한 별에서 하고 있는 일이 바로 이것이었다. 그리고 그것은 놀라운 값을 도출해냈다. 계산에 따르면 이 세페이드는 약 90만 광년 떨어져 있어야 한다. 하지만 이는 안드로메다 성운이 우리 은하계 바깥에 멀리 위치해야 한다는 걸 뜻하는데, 우리 은하계의 지름은 약 10만 광년에 불과하다.
허블은 우리 은하 너머에 있는 또 다른 은하를 발견해 큰 반향을 일으켰다. 알려진 우주는 단번에 엄청나게 확장되었다. 각 나선 성운은 단순한 은하계 가스 구름이 아니라, 우리 은하계 바깥에 있는 완전한 항성계, 즉 '섬 우주'다. 천문학자는 나중에 강의에서 "우리는 창조물이 지금까지 만들어진 가장 강력한 망원경의 한계를 훨씬 넘어선다고 가정해야 한다"라고 말했다. “우주의 역사는 지평을 확장해 나가는 역사다.”
갑자기 근처의, 잘 알려져 있다고 생각했던 우주의 환경이 거대하고 알려지지 않은 공간으로 변이했다. "허블이 은하수가 전체 우주를 구성하지 않는다는 것을 증명하는 것 이상의 일을 하지 않았더라도, 그는 이미 역사상 가장 중요한 천문학자의 자리를 차지했을 것이다." 하버드-스미소니언 천체물리학 센터의 천문학자 로버트 커슈너의 말이다.
경주 은하계와 상수
그러나 허블의 관측은 우주론에 더욱 중요한 '유레카!' 순간을 제공하게 될 것이다. 천문학자는 자신의 첫 번째 발견에 호기심을 느껴서 이제 다른 나선 성운의 적색편이와 거리를 결정하기 시작했다. 그런 다음 은하를 거리, 크기, 모양, 밝기에 따라 정렬했다. 그는 연관성을 발견했다. 은하가 더 멀리 있을수록 적색편이가 더 크다는 것이다. 그러므로 먼 성단은 가까운 별단보다 훨씬 더 빨리 우리에게서 멀어지고 있다.
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| ▲ 허블이 1929년에 만든 도표는 시선속도와 은하의 거리 사이에 선형 관계가 있음을 보여준다. |
허블은 이제 이러한 은하의 "탈출 속도"를 다이어그램에 거리에 따라 표시하고 선형 상관관계를 발견했다. 즉, 적색편이와 거리 간의 관계는 상수로 설명될 수 있다. 천문학자는 이 상수의 값을 초당 약 500킬로미터와 메가파섹으로 정했다. 허블은 이보다 훨씬 높았음을 알 수 있었다.
그럼에도 불구하고 이러한 발견은 혁명적이다. 허블은 1929년에 자신의 연구 결과를 발표했는데, 이는 우주에 대한 우리의 이해에 전환점을 가져왔다. 그의 자료는 우주의 근본적인 속성, 즉 우주가 확장되고 있다는 사실을 처음으로 증명해 보였다. (계속)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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