최근 '가계인구조사'는 우주가 138억년의 역사를 갖고 있다는 견해를 새롭게 뒷받침한다.

천문학자들은 최근 우주의 나이를 독립적으로 추정하기 위해 은하수에 있는 155,000개 이상의 별의 나이를 사용했습니다. 그 결과는 우주의 나이가 적어도 약 137억년이라는 것을 보여주며, 이는 현재 널리 받아들여지고 있는 "우주의 표준 연령"인 약 138억년에 대한 새롭고 강력한 증거를 제공합니다. 관련 연구가 7월 1일 사전 인쇄 플랫폼 arXiv에 제출되었으며 다음과 같은 점을 추가로 지적했습니다. 수년 동안 우주론 공동체를 괴롭혔던 "허블 장력" 문제를 해결하려면 전체 표준 우주론 모델을 뒤집는 것이 아니라 "후기 우주"에서 답을 찾아야 할 수도 있습니다.

우주의 나이를 결정하는 것은 소위 "허블 장력"과 밀접한 관련이 있습니다. 현재 우주의 팽창률(예: 허블 상수)을 측정하는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 빅뱅의 "잔광", 즉 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)를 사용하여 표준 우주론적 모델(ΛCDM) 가정 하에 우주의 팽창 역사를 추정하여 대략 138억 년의 우주 나이를 얻는 것입니다. 다른 하나는 세페이드 변광성 및 초신성과 같은 "표준 촛불"을 포함한 지역 우주의 직접적인 관찰에 의존하며 우주 나이가 약 125억~129억 년에 해당하는 더 높은 팽창률을 제공합니다. 두 방법의 허블상수 값 차이는 약 9%이다. 이러한 "불일치"를 "허블 장력"이라고 합니다.

이 새로운 연구는 영국 포츠머스 대학의 Indranil Banik이 주도했습니다. 연구팀은 전체적인 우주론 모델부터 시작하지 않고 은하수에서 가장 오래된 별을 우주의 초기 역사를 기록하는 '화석'으로 다루었다. 연구팀은 약 130억년의 역사를 가진 별을 발견할 수 있다면 빅뱅 이후 별의 형성에도 일정 시간이 걸리기 때문에 실제 우주의 나이는 더 커야 한다고 지적했다.

특정 작업에서 팀은 먼저 소위 "하위 자이언트(subgiants)"라고 불리는 247,103개를 샘플로 선택했습니다. 이 유형의 별은 주계열성 단계를 막 벗어났기 때문에 내부 구조와 진화 단계를 통해 나이를 정확하게 추정하기가 더 쉽습니다. 이 별 데이터는 중국의 Guo Shoujing Telescope (LAMOST)와 유럽 Gaia 조사 프로젝트에서 나온 것입니다. 연구진은 화학적 조성 스크리닝을 통해 '전형적인 오래된 별'의 특성에 맞지 않는 물체를 선별하고 이를 또 다른 독립적인 교차 확인 방법과 결합해 최종적으로 155,600개의 별의 '정제된 샘플'을 얻었습니다.

연구팀은 은하수에서 가장 오래되고 수명이 매우 긴 별들을 분석한 결과, 그 중 가장 오래된 별의 나이는 약 137억3천만년으로, 통계적 불확실성은 약 플러스 1,800만년, 마이너스 1,500만년이라는 사실을 알아냈다. 또한 빅뱅 이후 별 자체가 형성되는 데 약 2억년이 걸렸다는 점을 고려하면, 이 결과는 우주 마이크로파 배경 관측과 결합된 표준 우주론 모델에 의해 예측된 약 138억년의 우주 나이와 매우 일치합니다. 이 값은 다른 오래된 별과 구상성단을 기반으로 한 이전 결과와도 상당히 일치합니다.

연구팀은 또한 현재 결과가 샘플 수, 품질 선별 기준, 항성 진화 모델 가정, 별 형성 시간 척도, 이론적 예측 자체를 포함한 여러 측면에서 불확실성으로 인해 여전히 제한적이라는 점을 강조했다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 각 요소는 대략 1억 5천만년에서 2억년 사이의 오류 상한을 가져옵니다. 따라서 어느 하나의 연결고리를 개선하는 것만으로는 단기간에 우주의 나이를 판단하는 정확도를 '비약적으로' 향상시키기는 어려울 것입니다.

이러한 오류에도 불구하고, 우주의 최소 나이에 대한 새로운 추정치는 우주의 거의 전체 역사에 대해 국지적 팽창률을 단순히 추정함으로써 얻을 수 있는 125억~129억 년보다 훨씬 더 높습니다. 이는 "허블 장력"이 새로운 물리학에 뿌리를 두고 있다면 그것이 처음부터 우주의 전반적인 진화를 지배하기보다는 우주 역사의 어느 정도 나중에야 영향을 미쳤을 가능성이 더 높다는 것을 의미합니다.

연구팀은 이는 지난 수십억 년 동안 우주의 팽창 방식이 어떤 방식으로든 변화했다는 의미일 수도 있고, 우리가 살고 있는 우주의 국지적 환경에 대규모 구멍 등 특수한 특성이 있어 국지적으로 관측된 팽창률이 '인위적으로 높아진' 현상이 발생했다는 의미일 수도 있다고 지적했다. 이 논문은 기존 증거를 기반으로 소위 "후기 우주 계획"이 점점 더 허블 장력을 설명하는 강력한 후보 중 하나가 되고 있다고 썼습니다. 또 다른 가능성은 우리가 거대한 국지적 저밀도 지역(공극)에 있어서 국지적으로 측정된 팽창률이 더 높아진다는 것입니다.

이 작품은 "은하에서 가장 오래된 별의 대규모 샘플을 사용하여 우주의 나이 추정"이라는 제목으로 arXiv 사전 인쇄 플랫폼에 제출되었으며, 우주의 나이를 둘러싼 현재 논의와 허블 상수에 대한 논쟁에 "항성 시계"의 투표를 추가했습니다. 표준 우주론 모델을 옹호하려는 연구자들에게 새로운 결과는 의심할 여지없이 큰 충격입니다. 그러나 허블 장력의 "우주 문제"를 완전히 해결하려면 초기 및 후기 우주에 대한 다중 관찰과 이론적 작업이 앞으로도 여전히 필요할 것입니다.