예상보다 더 멀리 떨어져 있던 은하들

밤하늘 속 은하들은 오랫동안 아주 천천히 멀어지고 있는 것으로 여겨졌다. 많은 천문학자들은 모든 공간을 붙잡고 있는 중력이 언젠가는 팽창 속도를 늦출 것이라고 예상했다. 실제 해석 역시 그런 방향에 가까웠다. 하지만 먼 초신성 빛을 함께 놓고 확인하던 관측 기록 안에서는 예상과 전혀 다른 결과가 나타나기 시작했다. 오래전에 출발한 빛을 다시 맞춰 보자 은하들이 생각했던 거리보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있었기 때문이다. 그 순간부터 앞으로의 우주 방향을 계산하는 방식도 완전히 달라지기 시작했다. 설명되지 않는 팽창 가속을 이해하기 위해 새로운 개념이 등장했고, 과거에는 당연하게 받아들여졌던 우주론 역시 다시 손봐야 한다는 분위기가 빠르게 커졌다. 지금도 제임스 웹 우주망원경과 유클리드 우주망원경 같은 장비들은 훨씬 더 먼 은하와 오래된 빛을 추적하며 팽창 방향을 새로 검토하고 있다. 서로 멀어지는 은하들 사이에서 예상과 다른 팽창 속도가 나타난 순간을 따라가다 보면, 처음에는 단순한 거리 계산 차이처럼 보였지만, 시간이 지나며 그 차이가 우주 전체 해석을 흔들고 있다는 점도 함께 드러나고 있었다. 

언젠가는 느려질 것이라는 해석이 오래 유지되고 있었다

팽창하는 공간이라는 개념이 처음 받아들여졌을 때만 해도 많은 과학자들은 시간이 흐르면 그 속도가 점차 줄어들 것이라고 생각했다. 이유는 단순했다. 수많은 은하와 별, 가스 구름은 서로를 끌어당기는 중력을 가지고 있었기 때문이다. 자연스럽게 팽창 역시 서서히 느려질 것이라는 예상이 따라붙었다. 어떤 연구에서는 팽창 속도가 아주 긴 흐름 끝에 완전히 멈출 가능성까지 거론됐다. 더 극단적인 시나리오에서는 다시 한 점으로 모이는 미래도 함께 등장했다. 그 시기에는 모든 공간이 거대한 공처럼 부풀어 오른 뒤 조금씩 속도를 잃어가는 방향으로 묘사되는 경우가 많았다. 실제 연구 자료 안에서도 중력은 일종의 브레이크 역할에 가까웠다. 밀도가 충분히 높다면 팽창은 결국 멈출 것이라는 설명이 오랫동안 유지됐다. 그래서 많은 천문학자들에게 미래 방향은 어느 정도 정리된 문제처럼 보이기도 했다. 밤하늘 사진 속 은하들을 보고 있으면 그런 예상이 꽤 자연스럽게 느껴질 때도 있었다. 멀리 떨어진 은하들이 천천히 흩어지고는 있었지만, 언젠가는 다시 속도가 줄어들 것 같은 인상이 남았기 때문이다. 적어도 당시까지는 그런 해석이 크게 틀렸다고 생각하는 분위기는 많지 않았다.

초신성 거리 비교 안에서 예상 밖 차이가 드러난  순간 

분위기가 달라지기 시작한 건 아주 먼 은하 안에서 폭발한 초신성을 새로 검토하기 시작하면서였다. 천문학자들은 Ia형 초신성이 거의 비슷한 밝기로 폭발한다는 특징을 이용해 은하 거리를 추정하고 있었다. 밝기를 확인하면 얼마나 멀리 떨어져 있는지 계산할 수 있었기 때문이다. 오래전에 출발한 빛이 지금 지구까지 도달하는 동안 팽창 속도가 어떻게 변했는지도 함께 추적할 수 있었다. 그런데 관측 결과는 예상과 조금 달랐다. 아주 먼 초신성들이 해석보다 더 어둡게 보이기 시작한 것이다. 처음에는 장비 문제나 먼지 영향 가능성도 함께 검토됐다. 하지만 서로 다른 연구팀 자료를 겹쳐 볼수록 비슷한 결과가 여러 차례 등장했다. 은하들이 예상했던 거리보다 더 멀리 이동해 있었다는 뜻이었다. 결국 연구자들은 이상한 결론 하나를 받아들일 수밖에 없었다. 팽창 속도가 줄어든 것이 아니라 오히려 더 빨라지는 상황에 가까웠다. 오래된 빛을 따라가며 거리 자료를 함께 맞춰 보던 흐름은 당시 우주론 전체를 크게 흔드는 계기가 됐다. 공개된 초신성 밝기 화면을 보다 보면 비슷해 보이던 점들이 어느 순간부터 전혀 다른 거리 기록처럼 보이기 시작할 때도 있었다. 어느 날에는 초신성 밝기 그래프를 다시 확인하다가, 왜 같은 종류의 폭발인데도 예상보다 더 어둡게 보이는지 한참 다시 들여다보게 되기도 했다. 

설명되지 않는 결과를 맞추기 위해 새로운 개념이 등장했다

문제는 그다음이었다. 기존 해석만으로는 팽창 가속을 설명하기 어려웠기 때문이다. 중력은 기본적으로 물질을 서로 끌어당긴다. 그렇다면 모든 공간은 점차 느려져야 자연스러웠다. 하지만 실제 관측은 반대 방향을 가리키고 있었다. 그래서 연구자들은 모든 공간에 퍼져 있는 새로운 에너지 개념을 새로 꺼내 들기 시작했다. 그 과정에서 등장한 이름이 바로 암흑에너지였다. 직접 보이지는 않지만 공간 자체를 밀어내는 방향으로 작용하는 에너지가 존재한다고 가정한 것이다. 이 개념을 해석 안에 포함시키자 멀리 떨어진 초신성 거리와 우주배경복사 자료가 이전보다 훨씬 자연스럽게 맞아 들어가기 시작했다. 물론 모든 문제가 한 번에 해결된 것은 아니었다. 암흑에너지가 정확히 무엇인지에 대해서는 지금도 의견 차이가 남아 있다. 어떤 연구에서는 공간 자체가 가진 성질에 가깝다고 설명했고, 또 다른 쪽에서는 시간이 지나며 세기가 달라질 가능성도 함께 검토하고 있다. 지금도 연구자들은 새 자료가 공개될 때마다 여러 해석을 다시 나란히 놓고 비교하고 있다. 한동안 당연하게 여겨졌던 우주 계산 자체를 다시 손봐야 한다는 분위기도 그 시기부터 빠르게 커지기 시작했다.

우주의 미래를 다시 계산하게 만든 갈라진 시나리오들 

암흑에너지 개념이 등장한 뒤 앞으로의 우주 방향 역시 새로 해석되기 시작했다. 가장 널리 이야기되는 시나리오는 끝없는 팽창이다. 공간이 계속 커지면 은하 사이 거리는 점점 더 멀어진다. 아주 긴 흐름이 지나면 서로의 빛조차 도달하지 못하는 시기가 올 가능성도 거론된다. 별 탄생은 점차 줄어들고 훨씬 차갑고 어두운 공간으로 바뀔 수 있다는 전망도 함께 등장했다. 더 극단적인 예측도 있었다. 암흑에너지 세기가 시간이 갈수록 강해질 경우 팽창 속도가 훨씬 빠르게 증가할 수 있다는 시나리오다. 이 경우 은하뿐 아니라 별과 행성, 마지막에는 원자 구조까지 분리될 가능성이 제시됐다. 흔히 ‘빅 립’이라고 불리는 방향이다. 다만 실제로 이런 미래가 나타날지는 아직 확실하지 않다. 반대로 암흑에너지 성질이 바뀔 가능성을 이야기하는 연구도 남아 있다. 팽창 속도가 다시 느려지거나 중력이 우세해지는 방향으로 달라질 수 있다는 해석이다. 그러면 다시 수축 국면으로 향할 수도 있다. 같은 자료를 두고도 미래 예상이 계속 갈라지는 모습은 생각보다 크게 남았다. 마지막 모습조차 아직 완전히 결정된 결론이 아니었던 모양이다.

더 먼 우주를 향한 관측은 지금도 점점 넓어지고 있었다

최근에는 훨씬 더 먼 은하와 오래된 빛을 확인하기 위한 프로젝트가 빠르게 늘어나고 있다. 제임스 웹 우주망원경은 초기 우주에 가까운 은하들을 이전보다 선명하게 기록하기 시작했고, 유클리드 우주망원경은 거대한 우주 지도를 만들며 은하 배열과 팽창률 차이를 다시 맞춰 보고 있다. 특히 먼 거리 은하들의 분포를 시대별로 다시 확인하는 작업도 활발하게 이어지고 있다. 공간이 어느 시점부터 얼마나 빠르게 팽창했는지 추적하기 위해서다. 일부 연구에서는 초기 우주 은하들이 예상보다 더 빠르게 형성된 것처럼 보인다는 분석도 등장했다. 이런 결과는 기존 팽창 해석 자체를 새로 검토하게 만들기도 했다. 새롭게 공개된 은하 분포 지도를 이전 관측 자료와 함께 놓고 비교해 보기도 했다. 먼 은하 사진을 확대해 보다 보면 지금 우리가 보고 있는 빛 역시 수십억 년 전 공간에서 출발했다는 사실이 묘하게 크게 느껴질 때가 있다. 오래된 빛 하나가 현재의 미래 계산까지 흔들고 있다는 점은 생각보다 쉽게 지나쳐지지 않았다. 

멀어지는 은하들을 바라보는 시선도 이전과 달라지기 시작했다

밤하늘 위 은하 사진을 다시 보고 있으면 단순히 멀리 떨어진 천체처럼만 보였던 장면이 조금 다르게 들어오는 경우가 있다. 지금 우리가 보는 공간은 점차 더 커지고 있었고, 그 속도는 과거 예상과 다른 방향으로 움직이고 있었기 때문이다. 오래전에는 결국 느려질 것이라는 계산이 자연스럽게 받아들여졌지만, 초신성 관측 하나가 그런 예상 자체를 완전히 바꾸기 시작했다. 서로 멀어지는 은하 사이를 지나온 오래된 빛을 따라가다 보면, 지금 우리가 알고 있는 우주의 미래 역시 완전히 끝난 결론이라기보다 아직도 계속 다시 맞춰지고 있는 긴 관측 기록에 가까웠다는 사실이 어느 순간부터 이전과 다르게 남기 시작한다.