팀은 초정밀 암흑 에너지 분광 기기(DESI)를 사용하여 2026년까지 한 달에 백만 개의 은하의 좌표를 추가하고 있다. 최종 지도책은 하늘의 1/3을 덮고 최대 10개의 은하를 포함하는 3,500만 개의 은하를 포함한다. 10억 광년 떨어져 있다.

 

물론 이 특정 지도는 우주 탐험가들에게 그다지 실용적인 가치가 없을 것이다. 빛의 속도로도 가장 가까운 은하계 이웃에 도달하려면 수만 년에서 수백만 년이 걸린다. 은하계 웜홀의 편리한 네트워크가 없으면 가까운 미래에 우리는 고향 은하계에 갇혀 있을 것이다. 그러나 지도에는 다른 목적이 있다.

 

로렌스 버클리 국립 연구소의 줄리앙 가이(Julien Guy)는 Wired와의 인터뷰에서 “이 프로젝트는 우주의 가속 팽창을 매우 정확하게 측정하는 특정한 과학적 목표를 가지고 있다. 시간이 지남에 따라 팽창을 측정함으로써 과학자들은 우주를 산산조각내는 것처럼 보이는 신비한 힘인 암흑 에너지에 빛을 비추고 우주의 궁극적인 운명을 예측하기를 희망한다.

 

우주 지도 제작

 

은하를 찾기 위해 DESI는 로봇 모터에 의해 사람 머리카락 굵기보다 얇은 10미크론 이내로 배치된 5,000개의 광섬유 케이블 모음을 사용한다. 이 정밀한 위치 지정 덕분에 기기는 한 번에 5,000개의 멀리 있는 은하의 광자를 흡수하고 스펙트럼을 자세히 기록하며 지구로 여행하는 동안 빛이 스펙트럼의 더 붉은 부분으로 얼마나 확장되었는지 결정할 수 있다. 이 "적색편이"는 우주의 팽창으로 인해 발생하며 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 나타낸다. 빛이 붉을수록 은하가 더 멀리 떨어져 있으므로 은하 지도에 3차원이 추가된다.

 

 

 

 

우주에 대한 DESI의 3D "CT 스캔". 각 컬러 포인트는 은하를 나타낸다. 중력의 영향으로 이 은하들은 성단, 필라멘트 및 공극의 "우주 그물"에 함께 모여 있다.

 

이미지 제공: DESI의 데이터를 사용하는 D. Schlegel/Berkeley Lab

 

 

 

Sloan Digital Sky Survey와 같은 이전의 노력은 과학자들이 수동으로 구멍을 뚫고 센서를 재배치하는 방식으로 느리고 지루한 반면, DESI는 주어진 교대조에서 작업자를 지루하게 할 정도로 빠르고 자동화되었다. 그러나 이러한 변화는 어마어마하며, 각각은 지도에 약 100,000개의 은하를 추가한다.

 

규모가 엄청나다. 각각 수천억 개의 별을 가진 개별 은하는 거대한 필라멘트, 성단 및 공극으로 흐르는 빛의 점으로 축소된다. “[이것은] 우주에서 가장 큰 구조이다. 그러나 그 안에는 아주 초기 우주의 흔적과 그 이후의 팽창 역사가 있다.”라고 Guy가 말했다.

 

팀이 시간이 지남에 따라 암흑 에너지가 어떻게 변했는지 더 잘 이해하기를 희망하는 것은 빅뱅 직후 우주의 초기 조건을 팽창 이후의 우주와 비교함으로써이다.

 

깊은 미스터리

 

1990년대에 로렌스 버클리 국립 연구소의 사울 펄머터와 호주 국립 대학의 브라이언 슈미트가 주도한 연구에서는 우주의 팽창을 측정하려고 시도했다. 별, 행성, 먼지, 가스 및 암흑 물질을 포함한 우주의 물질이 팽창에 제동 장치 역할을 할 것이라고 가정했다. 공중에 던진 공처럼 중력은 우주를 느리게 할 것이다.

 

우주의 팽창 속도를 측정할 수 있다면 미래의 궤적을 예측할 수 있다. 그것은 자체 물질의 힘으로 멈추고 방향을 반대로 하여 큰 위기를 내포할 것인가? 그것은 영원히 확장되어 결국 스스로 찢어질 것인가? 아니면 팽창률이 0에 가까운 균형에 접근할 것인가?

 

연구팀은 광도가 알려진 초신성(천체 물리학에서는 표준 양초라고 함)에서 빛을 모아 팽창률을 측정했다. 그들의 결과는 가볍게 말해서 놀랍다. 그들은 느려지는 대신 시간이 지남에 따라 확장이 가속화되고 있음을 발견했다. 어떤 거대한 힘이 중력에 대항하고 있었고 과학자들은 그것이 무엇인지 조금도 알 수 없었다.

 

우주론자 마이클 터너는 이 힘을 "암흑 에너지"라고 불렀고 "모든 과학에서 가장 심오한 미스터리"라고 불렀다. 이제 우주의 진화에 대한 보다 정확한 역사를 종합하여 암흑 에너지를 더 잘 이해하기 위한 경쟁이 시작된다.

 

우주는 어떻게 끝나는가?

 

팽창이 계속된다면 우주는 진정으로 끝나지 않을 것이다. 상상할 수 없는 영겁 동안, 현재 우주의 나이보다 100배 더 긴 시간 동안 팽창은 은하를 떼어 내고 별을 잘라 내고 물질을 기본 구성 요소로 찢을 것이다. 우주의 종말은 춥고 영원한 암흑기가 될 것이다.

 

그러나 과학자들은 암흑 에너지를 완전히 이해하거나 우주의 운명을 확실히 알지 못한다. 이것이 DESI와 같은 프로젝트의 관찰이 중요한 이유이다. 시간이 지남에 따라 우주의 큰 구조를 매핑함으로써 과학자들은 팽창 속도와 아마도 그것을 추진하는 암흑 에너지가 어떻게 변했고 미래에는 어떻게 변할지 차트를 작성하기를 희망한다.

 

DESI는 유일한 매핑 프로젝트가 아니다. 유럽우주국(European Space Agency)의 유클리드 우주선(Euclid spacecraft)과 NASA의 낸시 그레이스 로만 망원경(Nancy Grace Roman Telescope)이 수행할 프로젝트와 같은 다른 프로젝트는 우주를 더 깊이 들여다보고 불과 수십억 년 전의 훨씬 더 이른 은하의 목록을 작성함으로써 DESI의 발견을 보완할 것이다. 과학자들은 우주의 기원 이야기를 더욱 구체화하기 위해 이 데이터 저장고를 채굴하게 된 것을 기쁘게 생각한다.

 

"5년 안에 우리는 실제로 무슨 일이 일어나는지에 대한 힌트를 줄 이 우주론 모델에서 벗어나는 것을 발견하기를 희망한다."라고 Guy는 New Scientist에 말했다. "오늘날 우리는 [우리가 가지고 있는] 데이터를 완벽하게 설명하지만 새로운 정보를 제공하지 않는 단순한 모델에 약간 갇혀 있기 때문이다."

 

이미지 제공: D. Schlegel/Berkeley Lab(DESI의 데이터 사용)