우주: 빅뱅에서 지금까지의 10단계 쉬운 단계

이 작가의 인상은 우주가 아직 부분적으로 자외선을 흡수하는 수소 안개로 채워져 있던 빅뱅 이후 10억 년이 채 되지 않은 시간의 은하를 보여줍니다.

이 작가의 인상은 우주가 아직 부분적으로 자외선을 흡수하는 수소 안개로 채워져 있던 빅뱅 이후 10억 년이 채 되지 않은 시간의 은하를 보여줍니다. (이미지 제공: ESO / M. Kornmesser)





소개

이 극도로 멀리 떨어져 있는 원시은하단은 빅뱅 후 약 10억 년 후인 우주 초기에 형성되는 은하군을 나타냅니다.

스바루/P. 카팍 (SSC/Caltech)

우리 우주의 기원과 진화에 대해 널리 받아들여지는 이론은 빅뱅 모델로, 우주는 약 137억 년 전에 엄청나게 뜨겁고 밀도가 높은 점으로 시작되었다고 말합니다. 그렇다면 우주는 어떻게 1인치(몇 밀리미터)의 분수에서 오늘날의 모습으로 변했을까요?

다음은 빅뱅을 이해하기 쉬운 10단계로 분류한 것입니다.

오늘날 우리가 알고 있는 우주를 창조하는 데 7일 이상이 걸렸습니다. guesswhozoo.com은 8부작 시리즈인 우주의 역사와 미래에서 하늘의 신비를 살펴봅니다. 이것은 그 시리즈의 3부입니다.



1단계: 모든 시작 방법

NASA/WMAP

NASA/WMAP

빅뱅은 이론의 이름에서 알 수 있듯이 우주에서의 폭발이 아닙니다. 그 대신 우주의 모든 곳에서 우주의 모습이 나타났다고 연구자들은 말했다. 빅뱅 이론에 따르면 우주는 우주에서 매우 뜨겁고 밀도가 높은 단일 점으로 태어났습니다.

우주론자들은 이 순간 이전에 무슨 일이 일어났는지 확신할 수 없지만 정교한 우주 임무, 지상 기반 망원경, 복잡한 계산을 통해 과학자들은 초기 우주와 그 형성에 대한 더 명확한 그림을 그리기 위해 노력해 왔습니다. [ 전체 이야기 ]

이것의 핵심 부분은 빅뱅에서 남은 빛과 복사의 잔광을 포함하는 우주 마이크로파 배경의 관찰에서 비롯됩니다. 이 빅뱅의 유물은 우주에 널리 퍼져 있으며 마이크로파 탐지기로 볼 수 있어 과학자들이 초기 우주의 단서를 모을 수 있습니다.

2001년 NASA는 우주 마이크로파 배경에서 나오는 복사를 측정하여 초기 우주에 존재했던 상태를 연구하기 위해 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(WMAP) 임무를 시작했습니다. 다른 발견들 중에서 WMAP은 우주의 나이(약 137억 년)를 결정할 수 있었습니다.



2단계: 우주의 첫 번째 급성장

허블, 초기 우주에서 500개의 은하를 발견하다

NASA, ESA, S. Beckwith(STScI) 및 HUDF 팀

우주가 아주 어렸을 때 - 100억분의 1조분의 1조분의 1초(휴!)와 같이 - 엄청난 성장을 겪었습니다. 인플레이션으로 알려진 이 폭발적인 팽창 동안 우주는 기하급수적으로 성장했으며 크기가 최소 90배나 두 배가 되었습니다.

뉴저지 주 프린스턴 대학의 이론 천체 물리학자인 David Spergel은 guesswhozoo.com에 '우주는 팽창하고 있었고 팽창하면서 더 차갑고 밀도가 낮아졌습니다'라고 말했습니다. [ 전체 이야기 ]

인플레이션 이후 우주는 계속 성장했지만 더 느린 속도로 성장했습니다. 우주가 팽창함에 따라 우주는 냉각되고 물질이 형성되었습니다.



3단계: 너무 뜨거워서 빛나지 못함

천문학자들은 우주의 첫 1분의 1초를 감지합니다

NASA/WMAP

가벼운 화학 원소는 우주가 생성된 지 처음 3분 이내에 만들어졌습니다. 우주가 팽창하면서 온도가 낮아지고 양성자와 중성자가 충돌하여 수소의 동위 원소인 중수소가 생성되었습니다. 이 중수소의 대부분이 결합하여 헬륨을 만듭니다.

그러나 빅뱅 이후 처음 380,000년 동안 우주 창조의 강렬한 열로 인해 본질적으로 너무 뜨거워서 빛이 비치지 않았습니다. 원자는 안개처럼 빛을 산란시키는 양성자, 중성자 및 전자의 조밀하고 불투명한 플라즈마로 분해하기에 충분한 힘으로 함께 충돌했습니다.

4단계: 빛이 있으라

새로운 하늘 지도는 우주가 어떻게 형성되었는지를 밝히는 데 도움이 될 것입니다

ESA/LFI 및 HFI 컨소시엄

빅뱅 후 약 380,000년 후, 물질은 전자가 핵과 결합하여 중성 원자를 형성할 수 있을 만큼 충분히 냉각되었습니다. 이 단계를 '재결합'이라고 하며 자유 전자의 흡수로 인해 우주가 투명해집니다. 이때 방출된 빛은 오늘날 우주 마이크로파 배경에서 방출되는 복사 형태로 감지할 수 있습니다.

그러나 재결합의 시대에는 별과 다른 밝은 물체가 형성되기 전에 암흑기가 뒤따랐습니다. [ 전체 이야기 ]

5단계: 우주 암흑기에서 벗어나기

초기 우주에서 본 거대 은하단

ESA XMM-뉴턴/EPIC, LBT/LBC, AIP(J. Kohnert)

빅뱅 이후 약 4억년 후, 우주는 암흑기에서 벗어나기 시작했습니다. 우주의 진화에서 이 기간을 재이온화의 시대라고 합니다.

이 역동적인 단계는 5억년 이상 지속된 것으로 생각되었지만 새로운 관찰에 따르면 과학자들은 재이온화가 이전에 생각했던 것보다 더 빠르게 일어났을 수 있다고 생각합니다. [ 전체 이야기 ]

이 기간 동안 가스 덩어리가 붕괴되어 최초의 별과 은하가 형성되었습니다. 이러한 에너지 이벤트에서 방출된 자외선은 주변의 중성 수소 가스의 대부분을 제거하고 파괴했습니다. 재이온화 과정과 안개가 자욱한 수소 가스가 제거되면서 우주는 처음으로 자외선에 투명해졌습니다.

6단계: 더 많은 별과 더 많은 은하

M15 구상성단의 이 허블 우주 망원경 이미지는 약 120광년 공간을 차지합니다. 100,000개 이상의 별이 우리 은하의 초기부터 이 유물을 구성하고 있으며, 별 덩어리는 계속해서 우리 은하를 공전하고 있습니다.

ESA, 허블, NASA

천문학자들은 초기 우주의 특성을 이해하는 데 도움이 되도록 가장 멀리 떨어져 있고 가장 오래된 은하를 찾기 위해 우주를 샅샅이 뒤집니다. 유사하게, 우주 마이크로파 배경을 연구함으로써 천문학자들은 이전에 일어난 사건들을 종합하기 위해 거꾸로 작업할 수 있습니다. [ 전체 이야기 ]

1989년에 발사된 WMAP 및 COBE(Cosmic Background Explorer)와 같은 오래된 임무와 1990년에 발사된 허블 우주 망원경과 같이 여전히 작동 중인 임무의 데이터는 모두 과학자들이 가장 오래 지속되는 미스터리를 풀고 답을 찾는 데 도움이 됩니다. 우주론에서 가장 논쟁적인 질문.

7단계: 태양계의 탄생

NASA 컴퓨터 그림으로 묘사된 태양계의 행성. 궤도와 크기는 축척으로 표시되지 않습니다.

나사

우리 태양계는 빅뱅 이후 90억 년이 조금 지난 후 탄생한 것으로 추정되어 약 46억 년이 되었습니다. 현재 추정에 따르면, 태양은 우리 은하계에만 있는 1,000억 개 이상의 별 중 하나이며 은하 중심에서 약 25,000광년 떨어진 곳에서 공전합니다.

많은 과학자들은 태양과 우리 태양계의 나머지 부분이 태양 성운으로 알려진 거대하고 회전하는 가스와 먼지 구름에서 형성되었다고 생각합니다. 중력으로 인해 성운이 붕괴되면서 더 빠르게 회전하고 원반 모양으로 납작해졌습니다. 이 단계에서 대부분의 물질이 중심을 향해 당겨져 태양을 형성했습니다. [ 태양계 인포그래픽: 내부에서 외부로 ]

8단계: 우주의 보이지 않는 것들

거대한 우주 충돌로 신비한 암흑 물질이 밝혀짐

X선: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; 광학: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; 렌즈 지도: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

1960년대와 1970년대에 천문학자들은 우주에 보이는 것보다 더 많은 질량이 있을 수 있다고 생각하기 시작했습니다. 워싱턴 카네기 연구소의 천문학자인 베라 루빈은 은하의 다양한 위치에서 별의 속도를 관찰했습니다.

기본 뉴턴 물리학은 은하의 외곽에 있는 별이 중심에 있는 별보다 더 느리게 공전한다는 것을 암시하지만 루빈은 멀리 떨어진 별의 속도에서 차이를 발견하지 못했습니다. 사실, 그녀는 은하의 모든 별들이 거의 같은 속도로 중심을 도는 것처럼 보인다는 것을 발견했습니다. [ 전체 이야기 ]

이 신비하고 보이지 않는 덩어리는 암흑 물질로 알려지게 되었습니다. 암흑 물질은 일반 물질에 가하는 중력 때문에 추론됩니다. 한 가설에 따르면 신비한 물질은 빛이나 일반 물질과 상호 작용하지 않는 이국적인 입자에 의해 형성될 수 있기 때문에 탐지하기가 매우 어렵습니다.

암흑 물질은 우주의 23%를 구성하는 것으로 생각됩니다. 이에 비해 우주의 4%만이 별, 행성, 사람을 포함하는 규칙적인 물질로 구성되어 있습니다.

9단계: 팽창하고 가속화하는 우주

통통한 은하단은 암흑 에너지가 오래 전에 더 강했음을 시사합니다

NASA, ESA, D. Coe(NASA 제트 추진 연구소/캘리포니아 공과 대학 및 우주 망원경 과학 연구소), N. Benitez(스페인 안달루시아 천체 물리학 연구소), T. Broadhurst(스페인 바스크 지방 대학) , 및 H. 포드

1920년대에 천문학자 에드윈 허블은 우주에 대한 혁명적인 발견을 했습니다. 로스앤젤레스의 윌슨산 천문대에서 새로 건설된 망원경을 사용하여 허블은 우주가 정적이지 않고 팽창하고 있음을 관찰했습니다.

수십 년 후인 1998년에 유명한 천문학자 허블 우주 망원경의 이름을 딴 우주 망원경이 아주 먼 초신성을 연구한 결과, 오래전에 우주가 오늘날보다 더 느리게 팽창하고 있다는 사실을 발견했습니다. 우주에 있는 물질의 중력이 우주의 팽창을 늦추거나 수축을 일으킬 것이라고 오랫동안 생각했기 때문에 이 발견은 놀라운 것이었습니다. [ 전체 이야기 ]

암흑 에너지는 점점 더 빠른 속도로 우주를 분열시키는 기이한 힘으로 생각되지만, 여전히 감지되지 않고 미스터리 속에 가려져 있습니다. 우주의 73%를 구성하는 것으로 생각되는 이 파악하기 어려운 에너지의 존재는 우주론에서 가장 뜨거운 논쟁거리 중 하나입니다.

10단계: 아직 더 알아야 할 사항

가속하는 우주와 암흑 에너지는 환상일 수 있다

나사

우주의 창조와 진화에 대해 많은 것이 밝혀졌지만 여전히 풀리지 않는 질문이 있습니다. 암흑 물질과 암흑 에너지는 여전히 두 가지 가장 큰 미스터리로 남아 있지만, 우주론자들은 우주가 어떻게 시작되었는지 더 잘 이해하기 위해 계속해서 우주를 탐사하고 있습니다.

오늘날 우리가 알고 있는 우주를 창조하는 데 7일 이상이 걸렸습니다. guesswhozoo.com은 8부작 시리즈인 우주의 역사와 미래에서 하늘의 신비를 살펴봅니다. 이것은 그 시리즈의 3부입니다.