올해 노벨 물리학상은 초신성(超新星·supernova) 연구를 통해 ‘우주가 점점 빠르게 팽창하고 있다’는 사실을 밝혀낸 천체 물리학자들에게 돌아갔다. 스웨덴 한림원 노벨상위원회는 4일(현지시간) “솔 펄머터 미 캘리포니아 버클리대 교수, 브라이언 슈밋 웨스턴크릭호주국립대 교수, 애덤 리스 존스홉킨스대 교수를 노벨 물리학상 수상자로 선정했다.”고 밝혔다.

●스스로 빛내는 초신성 연구

위원회는 “이들은 미지의 대상인 우주의 장막을 걷어내는 데 일조했다.”고 설명했다.

1929년 에드윈 허블은 우주가 팽창하고 있다는 사실을 밝혀냈다. 이후 1948년 러시아 물리학자 조지 가모브와 랄프 알퍼가 발표한 ‘빅뱅(대폭발) 이론’이 학계의 정설로 받아들여지면서 과학자들은 우주가 얼마나 빠르게 팽창해 왔고, 어떤 종말에 이르게 될 것인지에 대해 관심을 갖게 됐다.

슈밋과 리스 교수는 1990년대 초 하이(High)-Z 연구팀을 꾸려 초신성을 관측해 우주의 팽창 속도를 규명하기 시작했다. 초신성은 항성의 마지막 단계로 늙은 별이 폭발하면서 많은 양의 에너지(빛)를 뿜어내는 현상이다. 두 교수는 초신성 중 다른 별을 삼키면서 폭발하는 ‘1a형 초신성’의 밝기가 모두 같다는 점에 착안, 그 밝기로 거리를 추정했다. 1a형 초신성들의 밝기를 관찰해 비교하면 우주가 얼마나 빠른 속도로 팽창하고 있는지를 분석할 수 있다. 펄무터 교수는 미 로렌스버클리 국립 연구소에서 이들과 별도로 초신성 우주론 프로젝트 그룹(SCP)을 만들어 허블망원경을 이용해 1a 초신성들을 관측했다.

●“우주 장막 걷어냈다” 평가

1998년 두 팀은 우주의 팽창 속도가 과거에 비해 계속 빨라지고 있다는 논문을 비슷한 시기에 발표했다. 관측한 초신성의 밝기가 예상보다 훨씬 어두웠던 것이다. 이는 초신성이 점점 빠른 속도로 멀어지고 있다는 뜻이고, 우주팽창이 가속화되고 있다는 결론을 얻을 수 있다. 이들의 계산에 의하면 현재의 우주는 70억년 전에 비해 15%가량 빠르게 팽창하고 있다.

이들의 발표 이전에는 서로 끌어당기는 중력에 의해 우주팽창 속도가 점차 느려진다고 여겨져 왔다. 특히 우주 팽창이 가속화되고 있다는 것은 중력보다 더 큰 힘이 우주에 작용하고 있다는 것을 의미한다. 과학자들은 이 힘을 ‘암흑에너지’라고 부르고 있다.

특히 이들은 알베르트 아인슈타인이 ‘일생 일대의 실수’라고 지칭했던 우주상수(宇宙常數·Λ)의 존재가 사실은 맞았다는 사실도 입증했다. 아인슈타인은 1917년 일반상대성이론을 우주에 적용하면서 정적이라고 생각했던 우주가 계속 팽창하고 있다는 계산 결과가 나오자 이를 해결하기 위해 우주의 진공공간에 알려지지 않은 에너지가 있다는 의미의 우주상수를 도입했다.

●우주상수 실존도 입증

한국천문연구원 박석재 박사는 “아인슈타인은 이후 우주상수를 철회했지만, 이번 노벨상 수상자들은 암흑에너지가 실재한다는 사실을 밝혀냈다.”면서 “이들의 연구를 시점으로 우주의 기원과 미래에 대한 연구가 획기적으로 발전하기 시작했다.”고 설명했다. 상금 1000만 크로네(약 17억 2000만원)의 절반은 펄머터에게, 나머지 절반은 슈밋과 리스에게 지급된다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr