우주보다 오래된 별의 발견으로 시작되는 우주의 미스터리

우주보다 오래된 별의 발견으로 시작되는 우주의 미스터리

우주의 기원에 대해서는 여러 설이 있지만, 2019년 현재 138억 년 전에 발생한 빅뱅으로 우주가 탄생했고, 그 때의 격렬한 폭발에서 생긴 물질로 별들이 형성되었다는 것이 정설이다. 하지만 지구에서 약 200광년 떨어진 곳에 있는 항성 HD 140283, 일명 메트쉐라의 추정 연령은 무려 140억 년 이상으로 우주가 138억 년 전에 시작됐다는 설과 모순된다. 우주와 천문학을 전문으로 하는 뉴스 사이트 Space.com이 우주보다 오래된 별이 존재한다는 모순과 우주의 수수께끼에 도전하는 천문학자들에 대한 내용을 정리한 것이다.

메트쉐라는 구약성경 창세기에 등장하는 인물로 969세까지 살았다는 전설이 남아 있다. 그런 메트쉐라에서 따온 호칭을 가진 HD 140283은 기존에 알려진 천체로는 가장 오래된 별로 발견 초기에는 추정 연령 160억년으로 추정되었다. 당연히 우주보다 오래된 별이 존재한다는 것은 모순이기 때문에 많은 천문학자들이 HD 140283의 연령 재측정을 했다. 펜실베니아주립대학의 천문학자 하워드 본드도 그 중 한 명이다.

by Digitized Sky Survey (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech, and UKSTU/AAO

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Oldest_star_in_solar_neighbourhood.jpg

본드와 공동 연구자들은 우선 허블우주망원경이 2003년부터 2011년 사이에 관측한 11세트의 데이터를 상세히 검증해 지구와 HD 140283의 거리를 확인했다. 왜냐하면 별의 나이는 주로 빛의 스펙트럼 분석을 통해 별을 구성하고 있는 물질의 구성을 조사해 산출되기 때문에 지구와 대상과의 거리가 잘못되면 분석에도 영향을 주기 때문이다.

File:Oldest star in solar neighbourhood.jpg - Wikipedia

본드 등은 또 HD 140283을 구성하고 있는 물질의 구성도 재검토했다. 그 결과, 당초 예상보다 HD 140283의 산소량이 많은 것으로 밝혀졌다. 이것을 근거로 HD 140283의 생성연령을 산출해 본 결과, HD 140283의 연령을 약 15억년이나 단축하는 것에 성공했다. 본드 등은 HD 140283의 나이를 144억 6000만 년으로 잡았다. 하지만 144억6000만 년이라고 해도 우주의 나이인 138억 년보다도 오래된 것에는 변함이 없다.

이후 본드는 추적조사를 거듭해 HD 140283의 나이를 142억 7000만 년까지 단축시켰다. 그럼에도 아직 우주의 나이인 138억 년보다 오래된 것으로 나타났지만 산소량의 불확실성에 기인하는 오차가 7억 년에서 8억 년 정도라는 결과도 나왔다는 점에서 오차 범위 내라면 우주의 나이보다 약간 어린 것으로 볼 수도 있다.

이를 통해 본드는 추측의 불확실성을 고려하면 우주의 나이와 모순이 없는 HD 140283의 나이가 도출됐다고 할 수 있을 것이라고 결론 내렸다.

우주에서 가장 오래된 별의 수수께끼가 일단의 해결을 본 한편, 새로운 수수께끼도 부상하고 있다. 왜냐하면 최근 연구로 인해 138억 년이라는 우주의 나이 자체가 오류일 가능성이 부각됐기 때문이다. 원래 138억 년이라는 우주의 나이는 허블 상수로 표시되는 우주의 팽창률에서 산출한 것이며, 구체적으로는 "1메가파섹(약 326만 광년)당 초당 67.74km씩 팽창하고 있다"고 되어 있다.

그러나 텍사스대 물리학 교수인 코마츠 에이이치로 등 연구팀은 2019년 "중력렌즈를 이용한 고정밀 우주관측 결과를 통해 허블 정수가 82.4로 판명됐다"는 논문을 발표했다. "메가파섹당 초당 82.4km로 우주가 팽창하고 있다"고 하면 우주의 나이는 138억년보다 24억년이나 젊은 114억년으로 대폭 단축된다.

만약 우주의 나이가 114억 년이었다면 HD 140283 추정 연령인 142억 7000만 년보다 훨씬 젊기 때문에 '우주보다 오래된 별이 존재한다'는 문제는 해결할 수 없다. 이 문제에 대해 애스턴대학의 물리학자 로버트 매튜스는 과학의 역사를 되돌아볼 때 두 가지 모순되는 설이 제시될 경우 진실은 양쪽의 믹스일 때가 많다고 말한다.

매튜스는 또 우주를 팽창시키는 원동력으로 알려진 다크 에너지의 세기 등 아직 미해명의 수수께끼가 연구결과에 수십억년의 오차를 주고 있는 것일 수도 있다고 말해 우주의 수수께끼를 풀기 위해서는 새로운 우주론의 진전이 필요하다고 밝혔다.

How Cana Star Be Older Than the Universe? | Space
https://www.space.com/how-can-a-star-be-older-than-the-universe.html

Methuselah: The oldest star in the universe