한국천문연구원(이하 천문연)은 15일 국제 공동연구진과 함께 암흑에너지분광장비(DESI) 프로젝트 첫 성과로 역대 최대 규모 3차원 우주 지도를 공개했다.
DESI가 관측한 적경 190도, 적위 14도 범위 관측 자료. 중심부터 거리는 DESI가 관측한 적색이동에 해당한다. 확대 부분에서 적색이동된 27억 광년 안쪽의 중입자음향진동 패턴인 공 모양이 선명히 보인다. 한국천문연구원 이번에 공개한 지도는 600만 개의 은하와 퀘이사의 거리 및 방향이 담긴 적경 190도, 적위 14도 범위 부채꼴 모양으로, 우리은하가 중심에 있다.
지난 1년간 DESI가 관측한 데이터 규모는 지금까지 관측한 모든 3차원 분광 지도를 합한 것보다 크다.
연구진은 DESI로 지난 1년간 지구에서 최대 110억 년 전의 은하와 퀘이사의 빛을 관측고, 이로부터 우주가 얼마나 빨리 팽창했는지 측정했다.
특히 연구진은 전체 우주의 팽창 역사를 오차 범위 0.5%로 측정했고, 특히 지금부터 80억~110억 년 전 사이 초기우주 역사를 1% 오차 이내로 정확하게 측정한 것은 이번이 처음이다.
아울러 연구진은 초기우주 플라즈마 음향파 패턴이 우주와 함께 팽창한다는 사실을 이용해 BAO 반지름이 변화하는 모습을 7개의 서로 다른 시기로 측정해 우주 진화의 역사를 재구성했다.
이를 위해 가까운 우주는 은하의 분포, 먼 우주는 퀘이사 데이터를 주로 사용했다.
퀘이사 빛을 활용해 관측하는 상상도. 한국천문연구원 분석 결과 우주진화의 양상은 현대 우주론의 표준 이론인 람다 차가운 암흑물질 이론(LCDM)으로 설명할 수 있다. LCDM는 우주상수에 해당하는 암흑에너지를 가지고 대부분 물질은 차가운 암흑물질로 이뤄졌다는 모형으로, 현대우주론의 표준 이론이다.
연구진은 DESI 관측 자료와 플랑크위성의 마이크로파 우주배경복사 자료, 제 Ia형 초신성 자료 등을 종합한 결과 암흑에너지가 고정되지 않고 시간에 따라 변할 가능성이 95% 이상이라는 결과를 도출했다.
이를 토대로 DESI 연구진은 총 300만 개의 퀘이사와 3,700만 개의 은하를 포함하는 우주지도를 만들 계획이다.
이형목 중력파우주연구단장은 “이번 결과는 초기 우주의 역사를 사상 최대 규모 3차원으로 가장 정확하게 분석한 결과”라며 “다만 측정방법에 따라 허블상수가 일치하지 않는 허블갈등은 여전히 중력파 활용 등 다른 방법으로 해결해야 할 과제”라고 설명했다.
샤피엘루알만 중력파우주연구단 핵심연구원은 “이번 프로젝트로 시간에 따라 암흑에너지 특성이 변할 가능성이 매우 높다는 것을 발견했다”며 “데이터를 토대로 우주의 팽창 과정과 중력에 관한 다양한 이론을 검증하고 암흑에너지 본질을 규명하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다.
