우주배경복사란 무엇인가? 우주배경복사의 모든 것

우주배경복사란 무엇인가?

우주마이크로파 배경이라고도 불리는 우주배경복사에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

1.우주배경복사란?

우리의 현 기술로 관측 가능한 우주를 가득 채우고 있는. 마이크로 열 복사라고 할 수 있습니다. 광학 망원경으로 관찰 할 경우, 우주는 텅 빈 검은 공간으로 나오게 됩니다. 하지만 전파 망원경을 통해 관찰 할 경우, 별들과 관련이 없는 배경복사가 모든 곳에서 흐르고 있다는 사실을 할 수가 있습니다.

광학 망원경의 관측 = 어둠, 빈 공간

전파 망원경의 관측 = 배경복사의 균일된 형성

이는 엄청난 발견이며, 우리가 흔히 알고있는 우주의 탄생인 “빅뱅이론”을 증명 할 수 있는 증거가 되고 있습니다. 태초의 우주의 폭발에서 생긴 뜨거운 초 고밀도의 상태에서 나온 빛이 지금의 과학기술로 관측이 된 것입니다.

2. 우주 배경복사의 발견

우주배경복사는 1964년 미국의 천문학자인 아노 앨런 펜지어스, 그리고 로버트우드로 월슨이 최초로 발견하였습니다. 이0후, 두 천문학자는 1978년 노벨 물리학상을 수상 하게 됩니다.

3. 우주배경복사를 통해 본 우주는?

우주배경복사를 통해 본 우주는 균일한 형태를 띄고 있으며, 어떠한 방향으로 보아도 대부분의 온도가 2.725k 에 비슷한 온도를 가지고 있습니다.

그리고 우주배경복사는 “비등방성” 을 가집니다.

※비등방성 이란?

= 바라보는 방향에 따라 물리적 성질이 다르게 관측되는 것이다.

4. 우주배경복사의 형성 과정

우주배경복사를 분석하여 “우주표준모형”의 변수들과 우주의 각종 성질을 측정할 수 있습니다. 우주배경복사는 태초의 우주에서 생성된 광자들을 발견 할 수 있으며, 태초의 우주는 온도가 엄청난 초고온이었기 때문에 전자와 양성자들이 전리되어 플라즈마 상태로 있었습니다. 플라즈마는 이온들의 강한 전자기 상호작용으로 이루어져 있었고, 광자들이 서로 부딫히면서 이동하는 거리가 길어지고, 우주는 광자에 대해 투명하게 되었습니다. 현대 우리가 관측하는 우주배경복사는 이 광자들의 구성을 관측 하는 것으로, 우주초기의 형성에 대해 할 수 있는 것입니다.

우주배경복사를 통해 알 수 있는 우주 초기의 모습은 약 3000k 정도의 온도를 가지고 있습니다. 하지만 복사의 온도는 우주의 팽창에도 연관이 있는데, 팽창하면 할수록 온도는 더욱 낮아졌습니다. 때문에 현대 우주는 약 2.725k 까지 온도가 낮아졌습니다. 

우주전체를 볼 때에 관자의 총 숫자는 일정하다고 예측하고 있으며, 광자의 밀도는 우주의 팽창에 세제곱에 반비례 하다고 보고 있습니다. 그리고 각각의 광자의 에너지는 적색편이(빛의 파장이 늘어나 보이는 현상)효과에 의해 팽창에 반비례합니다. 그래서 결국 빛의 에너지 밀도는 우주의 팽창에 네제곱 반비례 한다고 보고 있습니다.

5. 우주배경복사 발견 이전의 천문학은?

20세기 중반의 천문학자들은 우주의 탄생을 두 가지의 이론중 하나라고 생각하였습니다. 하나는 “정상우주론”으로, 우주는 시간과 공간에 관계없이 절대로 변하지 않는다는 이론으로, 우주는 시작도 끝도 없는 영원한 것이라는 이론입니다. 또 하나는 우리가 흔히 알고 있는 “대폭발 이론” 즉 빅뱅이론 이었습니다. 이는 137억년 전 알 수 없는 초 고압의 폭발로 인해 우주가 탄생했다는 이론입니다. 이러한 두 이론이 막강한 지지를 받고 있었을 때, 우주배경복사의 발견은 우리가 흔히 알고있는 우주대폭발설에 큰 가능성을 두게하는 계기가 되었습니다.