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Nov 24. 2022
제5장: 우주의 모습에 관하여 (10)
우주의 모습, 은하들의 형태와 움직임, 암흑 척력, 가속팽창, 라니아케아
그림 42이렇게 팽창된 공간은 빛을 따라 암흑에너지를 방출하면서 은하 간 거리를 늘리게 되고, 늘어난 공간만큼 더 많은 암흑에너지를 방출하게 됩니다. 이는 암흑의 높은 에너지 상태를 유지하는 것은 물론 계속해서 은하 간 거리를 늘리고 공간을 더욱 팽창시키면서 끊임없이 더 크고 강한 암흑에너지를 발산하게 됨을 의미합니다. 두 은하가 암흑 에너지의 흐름을 무시할 정도로 빠른 속도(움직임)로 가까워지거나, 이미 서로 간의 거리(형태)가 너무 가깝지 않다면 계속해서 두 은하는 가속하면서 멀어지는 것입니다. 한번 팽창된 공간은 위와 같은 상황에 속하지만 않는다면 암흑 에너지와 (빛을 발산하는/중력을 가진) 은하의 순환적 상호작용에 의해 끊임없이 커지게 되고 더욱 넓은 면적에서 더 크고 강한 암흑 에너지를 끊임없이 방출할 수 있게 되기 때문입니다. 그리고 이러한 방출(암흑에너지에 따른 두 은하의 멀어짐)은 암흑과 빛의 1:1 순환에 따라 각각이 발산하는 빛의 영향권(빛이 존재한다고 할 수 있는 영역)이 서로 겹치지 않을 때까지 이어지게 됩니다.
여기서 암흑의 척력이 발생되는 공간이 커지면서 은하를 움직이는 전체적인 흐름의 양과 세기는 강해지게 되는데, 은하 근처에 형성되어 있는 암흑의 척력과 다른 은하의 중력에도 계속 영향을 받게 됩니다. 두 은하가 한번 형성된 거대한 암흑 에너지에 따라 계속 한 방향으로 나아가는 것이 아닌 주변에 존재하는 다양한 형태와 움직임을 가진 은하들과 계속 상호작용하면서 조금씩 각자 이동하는 방향과 속도가 변화될 수 있는 것입니다.
그림 43위 그림에서 거대한 암흑 에너지의 흐름(작은 화살표)만을 본다면 왼쪽 하단에 있는 두 은하는 시간이 지날수록 서로 가까워져야 합니다. 그러나 이는 두 은하가 가진 중력과 빛의 세기를 고려했을 때 이미 중력이 암흑의 척력보다 강하게 작용될 정도로 가깝거나 매우 빠른 속도로 가까워질 때를 빼고는 발생되지 않습니다.
두 은하가 가까워질 조건을 먼저 보면 기본적으로 중력의 세기와 크기가 클수록 더 먼 거리에서도 두 은하는 암흑 척력을 이겨내고 가까워질 수 있게 됩니다. 여기서 만약 은하가 크고 강한 빛을 발산할수록 더 강하고 크게 암흑 에너지와 상호작용할 수 있는 만큼 암흑 척력의 힘을 많게 됩니다. 즉, 은하가 서로 암흑 척력을 이겨내고 중력이 더 강하게 작용되는 거리의 정도는 은하의 자체적인 질량뿐 아니라 은하의 형태와 움직임(어떤 형태로 얼마큼의 빛을 발산하는지)에 따라서도 변화될 수 있는 것입니다. 추가적으로 만약 어떤 은하가 주변에 존재하는 은하 간 암흑 척력과 중력으로 한 방향으로 가속을 하게 되었는데 그 방향에 다른 은하가 존재한다면, 은하의 운동에너지에 따라 암흑의 척력을 이겨내고 중력의 사정거리 안으로 들어가 은하는 가까워질 수도 있습니다. 암흑 척력으로 은하들은 서로 가까워질 수도 있는 것입니다.
정리하면 단순히 우주에 존재하는 거대한 암흑의 척력으로 인해 일방적으로 은하들이 멀어지는 것이 아니라 은하 간 거리와 중력(질량)에 따른 공간의 팽창 정도에 따라 각각의 은하에 가해지는 암흑 에너지의 방향과 세기는 전부 다르며 지속적으로 변화되는 것입니다. 시공간 팽창이라는 거대한 하나의 흐름을 따르면서도 은하 간 상호작용에 따라 각각의 은하는 계속해서 그 움직임이 변화되는 것입니다.
그리고 이러한 은하 간 암흑/빛의 상호작용은 전자기력에서 전압에 의해 거대한 전자의 흐름이라고 할 수 있는 전류가 흐르면서도 각각의 전자를 가지고 있는 원자들은 상대적으로 짧은 거리에서 발생되는 전기적 척력에 의해 계속 움직임이 변화되면서 유지되는 것에 부합됩니다. 전류라는 거대한 흐름을 우주의 팽창으로 정의했을 때 상대적으로 짧은 거리에서 발생되는 원자들의 움직임 변화는 은하들로써 이 두 현상의 존재는 서로에게 필연적인 것이며, 순환에 부합되는 것입니다.
이렇게 은하들은 서로 점점 더 멀어지게 되고 은하 간의 중력은 점점 약해지게 됩니다. 반대로 은하 사이에 존재하는 팽창된 공간은 그 크기가 증가하므로 암흑 척력은 강해지게 되어 우주는 가속팽창하게 됩니다.
그림 44이러한 작용 때문에 서로가 강한 중력으로 묶여 있는 은하단(군)은 중력으로 합쳐지면서도 매우 먼 거리를 두고 존재하는 (초) 은하단들은 무수히 많은 은하(빛 물질)들이 존재하는 만큼 훨씬 더 강한 암흑 척력에 영향을 받아 서로 멀어지고 있는 것입니다.
그림 45사진 참조: https://osr.org/blog/astronomy/the-great-attractor/
그림 46사진 참조: https://www.vox.com/2015/4/21/8461329/supervoid-cold-spot
*Milky Way가 우리 은하이다. 우리 은하를 비롯해 은하군과 단을 이루는 대부분의 은하들은 중력과 사방에서 모이는 암흑 에너지에 따라 Great Attractor라는 장소로 모여들고 있다. 그리고 이 Great Attractor는 같은 이유로 Shapley 초은하단으로 이동 중이며, 이 Shapley 초은하단은 Vela 초은하단으로 이동 중이다.
그림 47위 자료와 은하 간 이동에 대한 자세한 설명은 다음 링크 참조 : https://www.youtube.com/watch?v=5Viva5MU_Tw&t=122s
이러한 은하와 은하 간 움직임이 우리가 절대적으로 알지 못하는 암흑과 함께 우주의 형태와 움직임을 정의하는 것입니다. 이는 인류가 지구(항성계)안에서 발생되는 (상대적으로 매우 작은 스케일의) 물리적 사건으로 만들어낸 물리법칙이 은하와 은하 간의 움직임을 정의하는 데 있어서 근본적인 어려움을 가질 수밖에 없음을 의미합니다.
그리고 이런 암흑에너지의 작용은 강한 중력으로 서로 묶여 있는 은하단(군)내에서 보다는 그 거리가 훨씬 멀어 중력의 영향이 상대적으로 매우 작지만 넓은 암흑 공간이 형성되어 있는 은하단(군) 사이에서 더 강력하게 작용되는 만큼 거대한 암흑 공간을 형성하게 됩니다. 우리 은하를 기준으로 멀리 있는 은하(단/군)일수록 더 빠르게 멀어지는 것은 물론, 은하들이 그저 공간에 퍼져 있는 것이 아닌 거대하게 형성된 암흑 공간을 기준으로 모여 있는 것입니다.
그림 48*실제로 암흑의 공간은 과학계에서 Void라는 이름을 가진 채 존재하며 위에서 언급했던 암흑 공간(은하 간 척력을 발생시키는 공간)의 모습과 부합됩니다. 때문에 앞으로 글에서는 혼동을 방지하기 위해 위에서 설명했던 암흑 공간을 ‘Void’로 명명하겠습니다.
이 암흑공간은 실제로 현 과학계에서 Void라고 불리고 있으며 현재 지구에서 보이는 우주의 대부분의 공간을 차지하고 있습니다. 그렇다면 이 Void가 과거 BigBang 직후 어떻게 형성되었길래 지금의 우주 모습에서 그 존재를 위와 같은 모습을 보이고 있는지에 대한 답을 위의 암흑과 빛의 순환적 상호작용으로 설명할 수 있다면 보다 명확하게 지금의 우주가 어떻게 형성되었는지, 이 우주는 앞으로 어떻게 움직일 것인지에 대한 답을 얻을 수 있을 것입니다.
BigBang 직후 우주는 지금보다 훨씬 작은 공간에 무수히 많은 질량(물질/에너지)이 모여 있었습니다. 이는 굉장히 작은 공간에 엄청난 중력이 형성됨과 동시에 각각의 질량들은 가속계 속에서 발생된 연쇄적인 폭발로 인해 초기 빛의 속도를 넘어가는 속도로 서로 멀어지고 있었습니다. 이런 상황 속에서 시간이 지나 빛 물질들이 온전히 형성되어 중력으로 뭉치기 시작할 때쯤 우주는 작은 공간에 매우 밝은 빛과 함께 형성되어 있는 물질들이 중력을 상쇄시키는 속도로 멀어지고 있었는데, 이는 Void가 형성될 수 있는 매우 좋은 조건인 것입니다. 매우 밝은 빛을 통해서 강한 암흑의 척력이 작용될 수 있었으며 무수히 많은 질량들이 빠르게 뭉치면서도 연쇄적인 폭발력에 따른 흩어짐으로 공간은 크고 강하게 팽창되었기 때문입니다. BigBang 초기 격렬하게 빛을 발산하면서도 큰 질량과 속도로 매우 큰 중력을 형성하고 있는 빛 물질들이 암흑과 격렬하게 상호작용하면서 급격하게 우주의 공간을 늘려 나간 것입니다.
이때 먼저 다른 공간보다 강하고 빠르게 늘어난 공간에서 발생된 강력한 암흑에너지 방출(강력한 빛과 함께)은 주위에 존재하는 은하들을 다른 공간대비 훨씬 강하게 밀어냈습니다. 암흑에너지가 만들어내는 은하 간 척력은 주변의 은하 상태에 따라 각각 다른 힘을 가지고 있는 것으로 이중 상대적으로 공간이 빠르고 강하게 팽창되어 크고 강한 암흑에너지를 발산하는 구역이 존재했던 것입니다. 그리고 이 구역이 다른 구역에 비해 더 강하게 은하들을 밀어내면서 빛이 거의 존재하지 않는 공간을 만들어낸 것입니다.
그리고 이 공간이 현재의 Void로서 무수히 많은 은하들에게 둘러 쌓여 있는 암흑 공간을 형성하고 있는 것입니다. 동시에 이 Void를 둘러싼 무수히 많은 은하들은 중력과 빛을 통해 계속해서 Void에서 발산되는 암흑에너지의 흐름을 크게 만드는 것입니다. 발산되는 암흑에너지의 총량과 그 세기는 암흑 공간의 크기와 함께 주변에 존재하는 은하의 중력/빛의 크기/세기에 비례하기 때문입니다. Void의 암흑에너지 흐름이 은하와의 상호작용으로 인해 작은 물길에서 거대한 물길로 변화하는 것입니다.
*현재 우주를 바라봤을 때 확실하게 알 수 있는 Void는 BigBang 이후 다른 Void에 비해 상대적으로 더 일찍 강력하게 암흑에너지가 발산되었던 공간인 것이다.
그리고 이 Void는 거대한 암흑 에너지의 흐름을 형성하는 만큼 주변에 존재하는 다른 Void와도 그 흐름의 힘을 공유하게 됩니다. 만약 두 Void 사이에 은하들이 존재하게 된다면 밑의 그림과 같이 은하들이 두 Void의 척력과 은하 간 중력에 갇혀 빛의 필라멘트를 형성하게 되는 것입니다. 여기서 이 빛의 필라멘트는 기본적으로 은하들의 중력과 두 암흑에너지의 척력이 이루는 균형도 있지만 두 암흑에너지가 은하를 중심에 두고 뭉치는 만큼 암흑의 필라멘트 또한 이루고 있게 됩니다. 은하가 빛/암흑 물질과 함께 단단히 하나로 뭉쳐 존재하는 만큼 빛의 필라멘트는 암흑 물질이 형성하고 있는 암흑 필라멘트와 함께 현재 우주의 구조를 이루고, 유지하는 것입니다.
그림 49
그림 50(은하를 따라 암흑 물질들이 모여 있는 모습(상상도))
빛을 따라 Void로부터 은하로 나아가는 암흑에너지의 거대한 흐름은 암흑으로 수축된(암흑 Halo) 은하들에 방향을 가진 힘을 가하게 되고 은하들은 이 거대한 흐름에 따라 움직이는 것입니다.
이 거대한 흐름을 좀 더 알아보면 BigBang으로 인해 사방으로 퍼져 나가는 빛 물질에 따라 만들어진 것으로서 빛 물질과 함께 BigBang이 발생한 지점으로부터 멀어지는 방향으로 힘을 갖습니다. 여기서 Void는 다른 Void와 암흑에너지를 통해 직접적으로 상호작용할 수 있는 만큼 전체적인 암흑에너지의 흐름은 강한 Void에서 약한 Void로 형성될 것입니다.
*이 암흑에너지의 흐름이 상대적으로 약한 Void에 흡수되지는 않습니다. (작은 Void가 큰 Void의 암흑에너지 주입으로 작아지지 않는다. 은하의 이동으로 작아질 수는 있어도) 기본적으로 Void에서 발산되는 암흑에너지는 빛 에너지와 1:1로 상호작용하기에, 빛이 존재하는 이상 암흑에너지는 매우 높은 확률로 빛을 따라가기 때문이다.
