우주의 기원/빅뱅(Big-Bang) "직접적" 흔적 관측
재미있는 과학 팟 캐스트 "파토의 과학하고 앉아있네"의 페이스 북 "과학과 사람들"에 최근 눈길을 끄는 게시물이 있군요.
--인용 시작---
"엊그제 물리학계에서 엄청난 일이 있었어요. 빅뱅의 중력파 흔적이 발견되었고, 여기 그 소식을 직접 ‘배달’ 받은 안드레이 린데 샘의 인플레이션 이론이 검증되었답니다. 고등과학원 강연에서 본 말끔한 모습하고는 다른 동네 아저씨 ㅎ 아마 앨런 구스 샘하고 함께 노벨상 확정적이지 싶어요.
또 흥미로운 건, 이번 발견으로 우리 우주가 수많은 ‘멀티버스’ 들 중 하나일 가능성이 아주 높아졌다는 거에요.
네. 인간의 지성과 과학이 발달할 수록 우주는 점점 커져갑니다. 지구가 태양계로, 태양계가 은하계로, 은하계가 은하단으로, 은하단이 초은하단, 초초은하단으로. 이제는 이 광막한 우리 우주 전체조차 멀티버스의 작은 일부분이라네요.
신비는 대체 어디까지일까요. 이 여행에 마지막이라는 것이 있다면 우리는 무엇을 보게 될까요."
---인용 끝---
"파토의 과학하고 앉아있네" 팟 캐스트
https://itunes.apple.com/kr/podcast/patoui-gwahaghago-anj-aissne/id645893347?mt=2
"과학과 사람들" 페이스북
Physicist rejoices as he learns his Big Bang theory is correct
우주생성 이론이 증명 되었다는 것을 듣고 기뻐하다.
무슨 내용인지 궁금해서 관련된 내용을 찾아보니 Sky & Telescope 에 게제된 기사가 있군요.
First Direct Evidence of Big Bang Inflation
제목에서 빅뱅 인플레이션 이론의 "직접적" 증거가 관측되었다고 하는 군요. 우주 생성 이론으로 빅뱅이 이제 이론으로 뿐만 아니라 관측으로 증명되었다는 겁니다. 내용을 읽어봤는데 도무지 이해하기 어렵네요. 제 맘대로 대충 이해한 바에 따르면 이렇군요.
우주의 성간 물질인 (원자에서 떨어져 나온, 플라즈마라고 하죠?) 전자의 운동이 엄청난 중력의 충격(엄청난 무게가 갑자기 변화-빅뱅-하여 중력파를 만듬.)을 받아 이로부터 방출되는 마이크로파 복사의 패턴이 틀어지는데 이를 관측 했다는 뜻인거 같아요. 전자의 운동으로 인해 전자기파가 방출 됩니다. 정상이라면 직교하는 전기장과 자기장이 서로 등가라서 운동 단면에서 보면 전자의 움직임은 원형입니다. 태초에 현재의 우주가 무한히 작은 점에 밀집 되어 있었으니 엄청 무거웠겠죠. 이게 갑자기 펑~! 하고 터졌다는 겁니다. 그 엄청난 중력 변화의 흔적이 바로 성간 물질인 전자기파가 복사되는 모양이 찌그러진(편광된) 모습이라는 것으로 이해 했습니다.(맞는지 장담은 못함!)
이 그림에 첨부된 설명에 의하면 중력파의 영향으로 우주 배경 마이크로파 복사(전자기파 방출) 패턴에 편파(Polarization) 현상을 일으켰다는 겁니다. 이 편파를 관측했다는 것이 빅뱅 직전에 엄청나게 무거운 뭔가 있었다는 증거라는 셈이죠. 그런데 아무리 읽어봐도 이해는 않됩니다. 이해 될때까지 우주론 공부를 해야 겠다는 의지가 생깁니다. 원문을 첨부합니다.
Gravitational waves created polarization patterns in the cosmic microwave background (CMB) by stretching and squeezing space ? and therefore the plasma soup of primordial photons and electrons ? as the waves passed through. (A) Before a wave hits it from behind, a cross-section of space with an electron in the middle looks normal. But when the wave hits, the cross-section stretches and squeezes one way, then another, in an oscillating pattern (B). Instead of a uniform soup, the electron “sees” around it a universe a bit warmer in the squeezed direction and a bit cooler in the stretched direction (C). Originally, a photon’s wave wiggles in all planes perpendicular to the photon’s motion (D and E, incoming crosses). When photons scatter off the electron, they become polarized, wiggling in only one plane (outgoing lines). The resulting pattern (F) is a sum of the cooler and warmer photons’ polarizations. But because photons from warmer regions have more energy, their pattern “wins out,” meaning the overall polarization is parallel to the warm regions (G).S&T: Leah Tiscione
이 마이크로파는 온도 4K (켈빈, -273도)에서 방출되는 것으로 주파수는 약 150Ghz. 이 정도 주파수는 파장이 2mm 로 전자기파와 가시광선의 경계에 있습니다.
이 신호를 관측하는 장치도 광학적인 망원경과 전자공학적 전자기 센서가 결합되어 있다고 하네요. 우주 배경복사 관측소는 남극에 있답니다. MAPO(Martin A. Pomerantz Observatory)관측소에 수년전 부터 먼 우주의 마이크로파 우주 배경 복사(the cosmic microwave background radiation (CMB))를 관측했다고 합니다. 대기가 아주 엷으니 남극에 관측소가 설치되었군요. 이 망원경은 24시간 내내 하늘을 보고 지난 3년간 데이터를 취합하여 분석하였다는 군요. 관측 데이타를 근거로 복사 선의 편광된 모습을 그려봤다네요. 가로축은 경도, 세로축은 위도 입니다. 굉장히 넓은 하늘영역에 걸쳐 우주 배경 복사 모습이 그려 있습니다.
관측한 편광 패턴을 그려본 것이라는데 빅뱅으로 인한 대혼란의 흔적이랍니다. 이 역시 이해하려면 공부가 필요하겠습니다. 원문을 옮겨놓습니다.
Harvard University / BICEP2 team
빅뱅을 규명하기 위해 그간 여러 관측 프로젝트가 진행 되었는데 주목하여 관측한 하늘은 이렇습니다. BICEP2 관측 범위가 좌측 아래에 표시되어 있군요.
이번 남극에서 진행된 관측 프로젝트는 BICEP2 인데 자세한 내용을 보고 싶다면 아래 사이트를 방문해 보시죠.
망원경 구조
우주 배경 복사가 파장이 아주 낮은 적외선과 전자기파의 경계인 2mm (150Ghz)인 만큼 이를 감지하기 위해 4K도로 냉각(액체 헬륨이 사용)되었고 자기 영향을 차단하기 위한 차폐가 있습니다. Focal plane 부분이 감지 센서 입니다.
센서는 마이크로파 안테나로 설명하고 있더군요. 수신부(수광부, Focal Plane)은 아래 사진처럼 생긴 타일이 깔려 있는데 2mm 파를 감지하는 한개의 픽셀 입니다. 아랬쪽 검은 띠가 수신기 랍니다. 편광(혹은 편파)을 감지하기 위해 가로-세로로 겹쳐 배열한 마치 1/4파장 어레이 안테나 같습니다.
내용이 어렵고 이해하기도 쉽지 않군요. 다행히 이와 관련된 세미나가 열린다고 합니다.
이종필 교수님의 페이스북 인용
-- 인용 시작--
이번 BICEP2의 관측결과가 어떤 의미인지 알고 싶으신 분은 4월10일 5시 고려대 과학도서관에서 있을 예정인 고려대 전기전자공학부 대학원 세미나에 오시면 됩니다. 아태센터의 공진욱( Jinn-Ouk Gong ) 박사님께서 "우주로의 산책"이라는 주제로 강연하십니다. 공 박사님 주전공이 초기 우주와 급팽창이라서 이번에 아주 "제대로" 걸렸습니다.^^; 사실 평소에도 제가 우주에 대해서 잘 모르는 거 있으면 공박사한테 물어보는 편입니다. <대통령을 위한 과학 에세이>나 <물리학 클래식> 쓸 때도 많은 도움을 받았고요. 이번에 대학원 세미나 준비하면서 왠지 공 박사님을 꼭 불러야겠다는, 막연하지만 강력한 충동이 있었는데 그게 BICEP2 때문이었나 봅니다.^^
-- 인용끝--
천문학/물리학/우주론/전자전파공학이 합쳐져 있네요. 이해하기 참 어렵습니다. 그래서 세미나에 가고 싶은데 시간이 될런지... ㅠㅠ
댓글 없음:
댓글 쓰기