매크로(거시적) 우주는 어떤 모양?
Universe Meditation
이번에는 생각을 크게 크게 확장하는 내용입니다. 우리는 우주를 국소적으로 바라보고 있는데, 만약 시야를 점점 넓혀서 우주 전체를 볼 수 있을 정도로 확대한다면 우주는 어떤 패턴이 될까요? 극도로 큰 매크로(거시적) 관점에서 우주를 보면 방사형인지, 나선형인지, 동심원인지, 벌집 모양인지, 그물망 모양인지, 거품 모양인지, 아니면 또 다른 패턴인지, 어떤 패턴이 나타날까요?
이번에도 태양계를 넘어 은하계를 넘어 전 우주적 차원으로 생각을 확장하는 우주 명상을 해봅시다.
먼저 우리가 살고 있는 지구의 모습을 떠올려봅시다. 아래 이미지는 누구나 한 번쯤은 본 적이 있는 지구의 이미지입니다(이미지 인용*a).
다음으로 범위가 상당히 넓어지지만, 태양계 전체를 상상해 봅시다. 아래는 태양계 이미지를 보여드리겠습니다. 중앙에 점처럼 보이는 별이 태양입니다. 그 주변에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성의 궤도가 그려져 있습니다. 천왕성, 해왕성, 명왕성은 궤도가 화면 밖으로 튀어나와 있습니다.
태양계를 넘어 생각을 확장해 나갑니다.
태양계 밖의 별들, 은하계 안에서는 비교적 가까운 별들이 보입니다. 이미지에서 태양의 왼쪽 하단에 8.6광년 떨어진 시리우스(Sirius, *1), 왼쪽 상단에 36.8광년 떨어진 아크투루스(Arcturus, *2), 오른쪽 방향으로 25광년 떨어진 곳에 여름의 대삼각형을 이루는 베가(Vega, *3)가 보입니다. 그 외에도 밤하늘에 보이는 별들을 포함하는 범위까지 생각이 넓어졌습니다.
한 단계 더 생각을 넓혀 우리가 있는 은하수 은하(Milkyway Galaxy)까지 생각을 확장해 나갑니다. 은하수 은하의 지름은 약 10만 광년, 방금 전의 이웃 별들이 수십 광년 범위였기 때문에 수천 배~수만 배의 범위까지 의식의 범위가 넓어졌습니다. 이 은하의 소용돌이 팔의 일부에 우리 태양계가 보이지 않을 정도로 작게 존재하고 있습니다.
이 은하수 주변을 조금 더 확대하면 아래 이미지와 같습니다. 왼쪽에 은하수가 있고, 그 주변에는 소규모 은하와 성단, 성운이 보입니다. 오른쪽에는 우리 은하보다 두 배 정도 큰 안드로메다 은하(*4)가 존재합니다. 안드로메다 은하는 지름이 약 22만 광년인 거대 은하로, 지구에서 250만 광년으로 추정됩니다.
의식을 좀 더 확장해 갑시다.
우리 은하와 안드로메다 은하가 있는 국소 은하단은 '처녀자리 초은하단(Virgo Supercluster, *6)'이라는 초은하단에 속해 있습니다. 아래 그림과 같이 은하수 은하도 안드로메다 은하도 식별할 수 없을 정도로 작게 왼쪽에 존재합니다.
오른쪽에는 은하들이 많이 모여 있는 중심부의 '처녀자리 은하단(Virgo Cluster, *7)'이 보입니다. 처녀자리 은하단은 1300~2000개의 은하로 이루어져 있으며, 지구로부터의 거리는 약 15~20Mpc(메가퍼섹), 약 4600만~6500만 광년으로 알려져 있습니다.
다시 이 처녀자리 초은하단에서 줌아웃을 해봅니다.
그러자 그 바깥쪽에 또 다른 초은하단이 나타났습니다(아래 그림). 수천 개의 은하를 포함하는 처녀자리 초은하단(Virgo Supercluster)도 작게 보이고, 주변에는 페르세우스-물고기자리 초은하단(Perseus-Pisces Supercluster, *7)과 바다뱀자리-켄타우로스자리 초은하단(Hydra-Centaurus Supercluster, *8)가 존재합니다. 물론 이 외에도 수많은 초은하단이 존재합니다. 비교적 가깝게 보이는 페르세우스-물고기자리 초은하단(Perseus-Pisces Supercluster, *7)도 그 거리는 2.5억 광년이나 떨어져 있습니다.
시야는 처녀자리 초은하단을 넘어 수억 광년까지 확장되었습니다. 이 바깥은 어떻게 되어 있을까요?
이 범위를 넘어 우주 저편까지 관측하려는 프로젝트가 있습니다. 2dF Galaxy Redshift Survey (2dF Galaxy Redshift Survey, *9, *10)라는 호주의 앵글로 오스트레일리아 천문대에서 진행하는 우주 매핑 프로젝트입니다. 처음 2dF는 망원경의 관측 범위가 2제곱도(2 degree Field)인 데서 유래했습니다.
은하 적색편이라는 것은 이전 글에서도 언급했지만(*11), 우주는 현재도 계속 팽창하고 있습니다. 게다가 멀리 있는 천체일수록 빠른 속도로 지구에서 멀어지고 있습니다. 이 때문에 관측되는 빛의 파장이 길고 붉은 쪽으로 편이(적색편이)됩니다. 이 먼 은하의 적색편이를 측정하여 우주지도를 만들자는 것입니다.
위 그림은 그 관측 결과를 통합한 우주지도의 일부입니다(이미지 인용*b). 부채꼴 모양으로 되어 있는 것은 지구가 은하수 은하 안에 존재하기 때문에 은하원반 방향은 내부 별들의 신호로 인해 먼 곳의 정보를 얻을 수 없기 때문입니다.
이 중 파란색 점이 은하 등이 고밀도로 존재하는 부분이고, 흰색 부분이 천체가 적은 저밀도 영역입니다. 표시된 영역은 적색편이(z)=0.2 정도, 거리로 따지면 약 15~20억 광년까지의 범위가 그려져 있습니다.
이렇게 보면 수억 광년 범위에서 우주는 균일하게 은하가 흩어져 있는 것이 아니라, 밀집된 밀도 높은 영역과 빈 영역이 불균일하게 섞여 있다는 것을 알 수 있습니다. 가장자리도 밀도가 낮아지는데, 이는 10억 광년 이상 떨어진 곳에서 오는 신호가 감쇠하기 때문인 것으로 추정됩니다.
그렇다면 그 너머는 어떤 모습일까요?
안타깝게도 지구에서 관측할 수 있는 우주는 은하수 은하의 별들에 가려져 있어 은하 적도 방향은 정확한 데이터 수집이 매우 어렵습니다.
하지만 컴퓨터 계산 속도의 비약적인 발전과 정확도 향상으로 우주를 시뮬레이션할 수 있게 되었습니다. 이 프로젝트는 '밀레니엄 런(Millennium Run, *12) 또는 밀레니엄 시뮬레이션(Millennium Simulation)'이라고 불린다. 그 결과는 2005년 Springel 씨 등에 의해 공개되었습니다(*13).
이 연구는 영국, 독일, 캐나다, 미국 등 천체물리학자들의 공동연구인 '버고 컨소시엄(Virgo Consortium, *14)'에서 진행된 시뮬레이션입니다. 이 연구에서는 아래 그림 왼쪽과 같이 은하와 천체를 시뮬레이션하여 오른쪽의 제임스웹 망원경에서 촬영한 사진(NASA, *e)과 비교하면 이렇게 됩니다.
이 시뮬레이션 알고리즘은 'N체 시뮬레이션(*15)'을 기반으로 하고 있으며, 천체물리학에서 중력 상호작용을 하는 N개의 입자의 운동과 변화를 시간 경과에 따라 시뮬레이션하는 방법입니다. 비교 이미지와 같이 은하 등 일정한 질량을 가진 천체를 입자의 집합체로 계산합니다.
이 연구에서는 230~460만 광년 입방미터당 100억 개(0.5~1Mpc/h당 2160의 제곱개)의 입자를 시뮬레이션하여, 지금까지 관측된 우주배경복사(CMB, Cosmic Microwave Background, *16, *f)와 은하 사이에 존재한다고 알려진 중력의 대부분을 차지하는 요소로 콜드 암흑물질(CDM, *17)도 포함되어 있습니다. 콜드 암흑물질(Darkmatter)에 대해서는 지난 글에서 설명한 바 있으니, 못 보셨거나 잊어버리신 분은 해당 글을 읽어보시기 바랍니다(*18).
이 밀레니엄 시뮬레이션 결과와 앞서 소개한 2dF Galaxy Redshift Survey(위의 부채꼴 모양의 우주 매핑 이미지)를 점상관관계 함수로 비교한 결과, 위의 그래프와 같이 높은 일치율을 보이며, 시뮬레이션이 매우 높은 정확도로 현재 우주를 재현하고 있음을 알 수 있습니다.
이제 시뮬레이션된 우주를 살펴보겠습니다.
위 이미지의 시야 크기가 약 1800만 광년으로 은하들이 흩어져 있습니다.
시야를 넓혀서 시야의 크기가 약 1억 3000만 광년 정도로 넓어졌습니다. 방금 전까지만 해도 은하들이 흩어져 보였는데, 뭔가 줄무늬 같은 구조가 보이기 시작합니다.
한층 더 시야를 더 넓혀갑니다.
한층 더 시야가 더 넓어져 약 12억 광년 정도가 되었습니다.
앞서의 2dFGRS(부채꼴 모양의 우주 매핑 이미지)처럼 천체가 밀집된 영역과 드문드문 빈 공간이 섞여 있는 것이 여기에서도 보이기 시작했습니다.
한층 더 시야를 더 넓혀갑니다.
이 시야는 약 100억 광년 정도의 크기입니다.
현재 우주의 나이가 약 138억 년, 관측 가능한 우주의 크기가 400억~500억 광년(*19), 혹은 그보다 더 넓다고 알려져 있는데, 우주의 꽤 넓은 부분을 포함하는 시야라고 할 수 있습니다.
이 구조는 마치 거품처럼 보이기도 하고, 미세한 그물망으로 둘러싸여 있는 것처럼 보이기도 합니다. 이 구조로 인해 거대 시야(매크로)에서의 우주의 구조는 코스믹 웹(Cosmic Web)이라고 불립니다.
은하들은 그냥 우주공간을 떠돌아다니는 것이 아니라 콜드 암흑물질(Darkmatter)과 같은 무언가의 네트워크로 연결되어 있는 것 같습니다. 그리고 그것은 우리가 인식할 수 없는 수준에서 우주 전체에 퍼져 있는 것 같습니다. 우주의 이미지는 처음 예상과 일치했을까요, 아니면 의외의 결과였을까요?
다양한 명상법에서 우주와 자아의식을 융합하는 것이 도입되고 있습니다. 그것은 파동을 상승시키는 수단일 수도 있고, 최종 도달 단계일 수도 있습니다. 어느 쪽이든 실제 우주의 상태를 아는 것은 우주 전체에 대한 시각화, 자아의 이미지를 구현하는 데 도움이 될 것입니다. 의식을 우주적 차원으로 확장하는 훈련에 활용해 보시기를 바랍니다.
저자: Takuma Nomiya l 번역: Sim Min Aa
Profile
Takuma Nomiya 의사・의학박사
임상의사로서 20년 이상 다양한 질병과 환자를 접하며 신체적 문제와 동시에 정신적 문제도 다루고 있다. 기초연구와 임상연구로 다수의 영문 연구 논문을 집필. 그 성과는 해외에서도 인정받아 직접 학술 논문을 집필할 뿐만 아니라 해외 의학 학술지로부터 연구 논문의 피어리뷰 의뢰를 받기도 한다. 증거 중심주의에 치우치지 않기 위해 미개척 연구 분야에도 관심을 기울이고 있다. 의료의 미래를 계속 탐구하고 있다.
https://www.researchgate.net/profile/Takuma-Nomiya
https://scholar.google.com/citations?user=DGtJE_kAAAAJ&hl=ko&oi=ao
인용문
출처: NewLife Magazine_명상, 뇌, 행복 호르몬… 의학 시선의 진짜 이야기
인용문헌
*1. 시리우스-Wikipedia. https://ko.wikipedia.org/wiki/시리우스
*2. 아크튜러스-Wikipedia. https://ko.wikipedia.org/wiki/아크투루스
*3. 베가 - 위키백과. https://ko.wikipedia.org/wiki/베가
*4. 안드로메다 은하-Wikipedia. https://ko.wikipedia.org/wiki/안드로메다_은하
*5. 처녀자리 초은하단-Wikipedia.https://ko.wikipedia.org/wiki/처녀자리_초은하단
*6. 처녀자리 은하단-Wikipedia. https://ko.wikipedia.org/wiki/처녀자리_초은하단
*7. 페르세우스자리-물병자리 초은하단-Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/ペルセウス座-물병자리 초은하단
*8. 바다뱀자리-켄타우로스자리 초은하단-Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/うみへび座-켄타우로스자리 초은하단
*9. The 2dF Galaxy Redshift Survey. http://www.2dfgrs.net
*10. 2dF 은하 적색편이 조사-Wikipedia. https://ko.wikipedia.org/wiki/2dF_은하_적색편이_탐사
*11. 우주 명상: "우주는 영원한가?"에 대해 생각하다
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/1(Korean version)
https://note.com/newlifemagazine/n/n4985749ff8b6?(Japanese version)
*12. Millennium_Run-Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Millennium_Run
*13. Volker Springel et al. Simulating the joint evolution of quasars, galaxies and their large-scale distribution. Nature June 2005. DOI: 10.1038/ nature03597
*14. The Virgo Consortium. https://www.virgo.dur.ac.uk/index.html
*15. N체 시뮬레이션-Wikipedia.
https://en.wikipedia.org/wiki/N-body_simulation
*16. 우주 마이크로파 배경-Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background
*17. 콜드 암흑물질-Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/コールドダークマター
*18. 우리 주변에도 있던 미지의 물질 : 암흑물질(Darkmatter)
https://brunch.co.kr/@newlifekorea/20(Korean Version)
https://note.com/newlifemagazine/n/ned28052f0b6b(Japanese Version)
*19. 관측 가능한 우주-Wikipedia. https://ko.wikipedia.org/wiki/관측_가능한_우주
이미지 인용
*a. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f4/Earth's_Location_in_the_Universe.jpg
*b. http://www.2dfgrs.net/Public/Pics/2dFzcone_big.jpg
*c. https://jp.freepik.com/free-vector
*d. https://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/virgo/millennium/
*f. https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/wmap.png
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참된 나로 사는 것이 무엇인지 배우는 모던미스테리스쿨은 8,000년간 계승되어 온 형이상학, 우주의 보편적 법칙과 진리를 전수합니다. "Know Thyself = 너 자신을 알라" 세상에서 가장 놀라운 신비는 바로 당신을 알아가는 것. 이 지상의 어디에서도 체험할 없는 매직과 기적이 당신을 기다립니다.
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