연구자들은 은하수와 안드로메다 은하 사이의 움직임을 연구함으로써 암흑 에너지를 감지하고 측정할 수 있는 방법을 발견했습니다. 아직 초기 단계인 이 기술은 암흑에너지의 단순한 모델인 우주 상수의 상한선을 추정할 수 있는데, 이는 초기 우주에서 결정된 값보다 5배 더 높다.
과학자들은 암흑에너지가 1990년대 후반에 처음 발견된 이후 아주 먼 은하계를 이용해 연구해 왔지만 아직 직접적으로 탐지하지는 못했습니다. 그러나 케임브리지 대학의 연구자들은 안드로메다 은하와 우리 은하가 공유된 질량을 가지고 어떻게 서로를 향해 움직이는지를 연구함으로써 암흑 에너지의 가장 단순한 모델인 우주 상수의 값에 상한선을 둘 수 있다는 것을 발견했습니다. 그들이 찾아낸 상한치는 초기 우주에서 검출할 수 있는 우주상수 값의 5배다.
이 기술은 아직 개발 초기 단계에 있지만, 우리 우주 이웃을 연구함으로써 암흑 에너지를 탐지하는 것이 가능할 수도 있다고 연구원들은 말합니다. 이번 연구 결과는 천체물리학 저널 레터스(The Asphysical Journal Letters)에 게재됐다.
작은 곤충부터 거대한 은하까지 우리가 세상과 하늘에서 볼 수 있는 모든 것은 관측 가능한 우주의 5%에 불과합니다. 나머지는 암흑 물질입니다. 과학자들은 우주의 약 27%가 물체를 서로 붙잡고 있는 암흑 물질로 구성되어 있고, 68%가 물체를 밀어내는 암흑 에너지로 구성되어 있다고 믿습니다.
수석 저자인 응용수학 및 이론물리학과의 David Benisti 박사는 다음과 같이 말했습니다. "암흑에너지는 아인슈타인의 중력 이론에 추가될 수 있는 일련의 모델을 가리키는 포괄적인 용어입니다. 가장 간단한 버전은 우주상수로 알려져 있습니다. 즉, 은하를 서로 밀어내는 일정한 에너지 밀도입니다."
우주 상수는 아인슈타인이 일반 상대성 이론에 즉석에서 추가한 것입니다. 1930년대부터 1990년대까지, 우주의 팽창을 가속시키는 원인이 되는 알려지지 않은 힘, 즉 암흑에너지가 발견될 때까지 우주상수는 0으로 설정되었습니다. 그러나 암흑에너지에는 적어도 두 가지 큰 문제가 있습니다. 우리는 그것이 무엇인지 모르고, 직접적으로 감지하지도 못했습니다.
천문학자들은 암흑 에너지가 처음 발견된 이후로 암흑 에너지를 감지하기 위한 다양한 방법을 개발해 왔으며, 그 중 대부분은 초기 우주의 물체를 연구하고 물체가 우리에게서 얼마나 빨리 멀어지는지 측정하는 것을 포함합니다. 수십억 년 전 암흑 에너지의 영향을 해독하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 암흑 에너지는 은하 사이의 약한 힘이기 때문에 은하 내에서 훨씬 더 강한 힘에 의해 쉽게 극복됩니다.
그러나 놀랍게도 암흑 에너지에 민감한 우주의 한 지역이 있는데, 바로 우리 우주 뒷마당입니다. 안드로메다은하는 우리은하와 가장 가까운 은하인데, 두 은하가 충돌하고 있다. 거리가 가까워질수록 두 은하계는 매우 천천히 서로 공전하기 시작합니다. 하나의 궤도에는 200억년이 걸립니다. 그러나 엄청난 중력으로 인해 두 은하계는 약 50억년 후에 개별 궤도가 완성되기 전에 서로 합쳐지고 충돌하기 시작할 것입니다.
베니스티는 “안드로메다은하는 우리에게서 멀지 않은 유일한 은하이기 때문에 그 질량과 운동을 연구하면 우주상수와 암흑에너지에 대해 어느 정도 판단을 내릴 수 있을 것”이라고 말했다.
Benisti와 그의 공동 저자인 DAMTP의 Anne Davis 교수와 천문학 연구소의 Wyn Evans 교수는 두 은하의 질량에 대한 최선의 추정치를 바탕으로 일련의 시뮬레이션을 수행했으며 암흑 에너지가 안드로메다와 은하수의 상호 작용에 영향을 미치고 있음을 발견했습니다.
"암흑 에너지는 모든 은하 쌍에 영향을 미칩니다. 중력은 은하를 서로 끌어당기려는 반면, 암흑 에너지는 은하를 밀어냅니다."라고 Benisti는 말했습니다. "우리 모델에서 우주 상수의 값을 변경하면 두 은하계의 궤도가 어떻게 바뀌는지 볼 수 있습니다. 질량을 기준으로 우주 상수의 상한선을 결정할 수 있는데, 이는 우주의 다른 곳에서 측정한 것보다 약 5배 더 높습니다."
이 기술은 큰 가치가 있음이 입증될 수 있지만 암흑에너지를 직접적으로 감지할 수는 없다고 연구원들은 말합니다. 제임스 웹 망원경(JWST)의 데이터는 안드로메다의 질량과 움직임에 대한 보다 정확한 측정을 제공하여 우주 상수의 상한을 낮추는 데 도움이 될 것입니다.
또한, 다른 은하 쌍을 연구함으로써 이 기술을 더욱 개선하고 암흑 에너지가 우주에 어떤 영향을 미치는지 결정할 수 있습니다. "암흑에너지는 우주론에서 가장 큰 미스터리 중 하나입니다. 그 효과는 거리와 시간에 따라 달라질 수 있지만 이 기술이 그 미스터리를 푸는 데 도움이 되기를 바랍니다."라고 Benisti는 말했습니다.