허블상수와 우주의 나이

목차

1. 머리말

2. 도플러 효과

3. 적색편이

4. 은하의 거리

5. 허블의 법칙

6. 우주의 나이

7. 요약

본문내용

용되기도 한다. 이것은 매 백만 pc마다 속도가 55또는 77 km/sec씩 증가함을 의미하다. 허블의 법칙은 거리가 아주 멀고 흐린 은하의 거리를 구하는데 사용된다. 여기서 거리는 r = v/H의 관계에서 구해진다.
그림 3. 허블의 법칙을 보이는 그림
현대 천문학의 가장 큰 과제 중의 하나는 허블 상수를 정확히 구하는 것인데, 그 이유는 허블 상수가 시간의 역수의 단위를 가지며 이것이 대략적인 우주의 나이가 되기 때문이다. 허블상수는 우주의 밀도와도 관련되어 우주의 진화 모형을 결정하게 되고, 우주의 크기도 이 값에 따라 달라지게 된다. 1970년대 팔로마 천문대의 샌디지는 허블의 작업을 계승하여 보다 정교한 방법으로 허블상수를 구하였는데, 그 값은 허블이 구한 값의 1/10 정도로서 50 km/sec/Mpc이었다. 샌디지가 허블 상수를 구한 방법은 일차적인 표준자로써 세페이드 변광성을 이용하여 이 변광성이 발견된 은하들의 거리를 정확히 구한 다음, 이들 은하의 HII영역의 크기를 구하여 이를 다른 은하에 적용하고, 1960년대에 반 덴 베르그에 의해서 알려진 은하의 광도 계급을 HII영역을 이용하여 눈금 조정을 한 다음, 이를 멀리 있는 은하들에 적용하여 허블 상수를 구하였던 것이다. 한편, 1970년대 말 드 보끄레르는 샌디지가 가장 믿을만한 몇 가지의 표준자를 이용하여 은하들의 거리를 구한 것과는 달리 가능한 많은 거리 척도의 표준자들을 이용하여 은하들의 거리를 구하고 이로부터 허블 상수를 구하였는데 그 값이 샌디지가 구한 값의 약 2배 정도였다. 그러나 샌디지와 드 보끄레르가 허블 상수를 구하기 위해 적용한 방법이 서로 다르기 때문에 어느 값이 더 정확한지 섣불리 결정할 수는 없다. 보다 정확한 관측에 의해 표준자들의 눈금이 정확히 구해져야 하고, 멀리 있는 은하들의 거리가 세페이드 변광성의 주기-광도 관계와 같은 비교적 직접적인 방법의 의해 구해져야만 정확한 허블 상수가 구해질 것이다. 이런 점에서 최근에 하와이의 CFHT 망원경이나 허블 망원경을 이용하여 처녀자리(Virgo) 은하단에서 세페이드를 발견하여 이 은하단까지의 거리를 구할 수 있게 된 것은 첨단의 관측 장비를 이용한 현대 관측 천문학의 큰 개가라 할 수 있다. 이러한 관측이 많이 이루어지면 허블 상수를 보다 정확하게 구할 수 있을 것이다.
현재 허블 우주 망원경을 이용해서 멀리 있는 은하들에서의 세페이드 변광성 관측이 진행 중에 있다. 이 관측이 완전히 끝나면 아마도 외부 은하들까지의 거리는 좀더 정확해지고 허블 상수에 대한 불확실성도 지금보다 훨씬 작아질 것이다. 최근 허블 우주 망원경을 이용하여 처녀자리 은하단에 속한 은하들에서 발견되 세페이드 변광성을 이용해 새롭게 구한 거리에 따르면 H의 값이 75 km/sec/Mpc 인 것으로 보고되었다.
허블의 법칙의 형태로 보아 우리 은하가 마치 우주의 중심에 위치하고 있는 듯한 인상을 준다. 그러나 이러한 생각은 옳지 않다. 왜냐하면 우주가 균일하게 팽창하고 있다면 어느 은하에서 보건 우주는 후퇴할 것이기 때문이다. 우주에서는 어디를 가나 똑같은 허블의 법칙이 성립할 것이다. 즉 팽창의 중심은 없는 셈이다.
6. 우주의 나이
만약 우주가 허블의 법칙대로 팽창한다면 과거에는 우주의 모든 물질이 현재보다 더 빽빽하게 모여 있었고 언젠가는 우주가 한 점이었을 때가 있었을 것이다. 우주 팽창률로부터 우리는 모든 은하가 언제 한 점에 모여 있었는지를 계산할 수 있다. 시간= 거리/속도이므로 우주의 나이 T는 T=r/Hr=1/H가 된다. 따라서 H가 커지면 우주의 나이는 짧아지고 H가 작아지면 우주의 나이는 더 길어진다. 팽창률이 과거에 일정하게 유지되어 왔다면 우주의 나이는 허블상수의 역수이다. 그러나 우주 팽창이 서서히 둔화되었다고 생각되므로 이 값은 실제 우주 나이의 상한값이 된다.
H= 73±11 km/sec/Mpc 인 경우, 우주의 나이 T= 1/H는
H=62(73-11) km/sec/Mpc,
T= 3 * 1018 * 106 Cm sec/ (62 * 105 Cm)
=
H=73 km/sec/Mpc,
T= 3 * 1018 * 106 Cm sec/ (73 * 105 Cm)
=
H=84(73+11) km/sec/Mpc,
T= 3 * 1018 * 106 Cm sec/ (84 * 105 Cm)
=
이 된다.
7. 요약
태초의 우주는 엄청나게 밀도가 크고 무지막지하게 뜨거웠을 것이다. 우주의 모든 물질이 한 점에 모여 있었으니 이는 당연하다. 그 상태에서 '대폭발(Big Bang)'을 일으켜 팽창우주가 되었다는 것이 현대 우주론의 정설이다.
천문학자들은 도플러 효과를 통해 스펙트럼의 붉은색 끝쪽으로 이동하는(적색편이) 항성은 우리로부터 멀어진다는 사실을 알아냈고, 1929년 허블은 후퇴속도를 이미 알고 있는 은하들의 거리를 재어 그 은하들의 속도가 은하들까지의 거리에 정비례한다는 사실을 밝혔다(v=Hr ,v:속도, H:허블상수 r:거리). 여기서 우리는 H의 역수가 우주의 나이가 된다는 것을 쉽게 알 수 있었다(T= r/v=r/Hr-1/H). 이것은 허블 상수가 시간의 역수의 단위를 갖는 것으로도 쉽게 짐작할 수 있다. 최근 새롭게 구한 H의 값이 73 km/sec/Mpc 라고 할 때, 우주의 나이는 억년이 된다.
< 참 고 문 헌 >
1. 우주의 역사 조지스무트, 키 데이비슨 과학세대 옮김 까치(1994)
2. 코스모스 칼세이건 서광운 옮김 문화서적(1998)
3. The Universe Pelix pirani 김영신 번역 E`DU(1995)
4. 태양계와 우주 안홍배, 이형목 지음 부산대학교 출판부(1996)
5. 교양 천문학 민영기,우종옥,윤홍식 공저 형설출판사(1993)
6. 인간과 우주 박창범 지음 가람기획(1995)
7. 우주의 창조 방려지,이숙한 지음 전파과학사(1991)
8. 우주를 이해하는 지름길 박석재 선두과학사(1993)
9. 티끌속의 무한 우주 정윤표 사계절(1994)
10. 우주로의 여행 FRAKNOI,MORRISON,WOLFF
윤홍식,민영기,이시우,홍승수,강용희,이형목,김용하,권석진,김용기
마당(1998)

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