[우주의 이해] 빅뱅이론

목차

1. 들어가며

2. 빅뱅의 역사적 배경과 정의
1) 역사적 배경
2) 빅뱅 이론이란 무엇인가?

3. 허블의 법칙 및 관련이론
1) 허블의 법칙
2) 우주 초기의 물질의 생성
3) 표준 빅뱅 이론

4. 대폭발의 증거
1) 우주의 나이
2) 전파은하
3) 극초단파 우주 배경 복사
4) 우주에 존재하는 헬륨과 중수소의 양

5. 핵합성

6. 빅뱅이론의 문제점과 대안
1) 초기 우주의 편평성 문제(the flatness problem)
2) 우주지평선 문제(the horizon problem)
3) 자기 단극자 문제(the monople problem)
4) 인플레이션 이론

7. 최근의 연구들

8. 마치며

본문내용

on 의 적용을 위해 선택되었는데 그 이유는 나선은하의 모양과 운동방정식을 이해하는데 아주 좋은 보기이기 때문이다.
여기서 허블 우주 망원경은 약 52개의 세페이드 변광성을 발견하여 LMC (Large Magellantic Cloud)의 잘 관측된 세페이드 모델을 이용해서 약 14.5Mpc의 거리를 얻었다. 오차의 범위는 ±1.2 정도이다. 이 오차는 모델로 사용되고 있는 LMC의 주기-광도 관계 영점에 대한 오차, 적색편이 측정의 오차, 광도측정상의 오차가 모두 포함된 것이다. 그리고 처녀자리 은하단에 잇는 NGC 4548에서는 24개의 세페이드를 관측하여 15.9±2.0 Mpc의 거리를 얻었다. 허블우주망원경은 처녀자리 은하단에서 여러 은하들을 측정했는데, 그 결과는 NGC 산개성단이 처녀자리 은하단의 중심부분에 매우 가까이 있다는 것을 보여준다. 그 이유는 HI선이 매우 약하다는 것이고 초거대 타원은하인 M87과 불과 2.4。 떨어져 있다는 것과 일치한다. 또, 1990년의 Jacoby, Ciardullo, Ford가 은하단 중심에 있는 젊은 허블타입의 은하들을 행성상성운을 연구한 결과 핵이 1.0Mpc정도이고 평균거리가 14.7Mpc이라는 결과와 매우 잘 일치한다.
Coma cluster의 NGC4725에서는 12일에서 49일사이의 주기를 갖는 20개의 세페이드 변광성을 관측하여 12.6±1.0Mpc의 거리를 결정하였다. 이것은 1997년 Tully의 연구와 Tonry의 표면밝기 요동법으로 잰 거리와 매우 잘 맞는다.
또 Fornax cluster에대한 연구 결과가 있다.
Virgo cluster가 구조적이나 운동학적으로 매우 불확실한 요소를 많이 갖고 있어서 허블상수를 구하거나 거리를 재는데 부적합한 면이 있다. 그러나 Fornax cluster는 Virgo cluster보다 단순한 구조를 가지고 있다. NGC1365의 거리를 측정하여 얻은 값이 약 18.6Mpc으로 우주 팽창속도가 1306km/s이었을때다. 이 값은 은하단들끼리의 중력적인 힘의 효과들을 수정한 것이다. 이때의 허블상수값은 70±18km/s/Mpc이다.
Virgo cluster는 73km/s의 속도로 Fornax cluster쪽으로 끌려가고 있다는 것이 Han과 Mould에 의해 1990년 제기된 바 있다. 이것을 고려하면 허블상수의 값은 74km/s/Mpc으로 늘어난다. 그리고 Fornax cluster의 세페이드 변광성을 관측한 은하에 대해서 Tully-Fisher relation을 적용한 후퇴속도가 10000km/s이상이 되는 15개의 은하단들에 대해서 허블상수의 값을 측정한 결과 76±3km/s/Mpc정도의 값이 나왔다. 이 결과는 국부은하단에 대해서 Virgo cluster와 Fornax cluster의 실제 운동속도는 작다는 것을 보여주며 1997년 Giovanelli가 Tully-Fisher relation을 적용해 얻었던 69±5km/s/Mpc의 값과 Tully가 1998년 얻었던 82±16km/s/Mpc의 값과 일관성을 보여준다.
그리고 Fornax cluster의 세페이드 은하중에 type Ia의 초신성이 관측된 것이 있다. (NGC1316, NGC1380)이것을 이용해서 먼 거리의 초신성이 발견되는 은하들에 대해서 적용시켜 허블상수를 구하기도 했다. 결과는 63∼77km/s/Mpc정도이다.
또한 High redshift Supernova search cosmology project란 것도 캘리포니아 대학 연구소에서 진행되고 있다.
최근에(1999.5) Astrophysical J. letters에 type Ia 초신성 관측으로 57km/s/Mpc(±7%)의 값을 얻었다는 결과도 있다. 이것은 우주가 적어도 150억년 이상에 해당되는 나이를 나타낸다.
이런 Key Project에 의한 여러가지 방법에 의해 구한 허블상수 값과 그것들의 대략적인 평균치를 다음 표에 나타내었다.
systematic error는 선택되어진 적은 거리에서 일어날 수 있는 오차와 주기-광도관계의 영점문제, 세페이드의 중원소 함량 문제를 포함한 것이다.
8. 마치며
위에서 보았듯이 빅뱅 이론은 지금까지 나온 여러 우주 생성 이론들 중에서 가장 신빙성 있는 이론임이 확실한 것 같다. 물론 문제점들도 있지만 이 이론을 완전히 반박할 수 있는 확실한 과학적인 근거가 없는 이 마당에서 빅뱅이론이 우주의 생성 이론을 밝히는 핵심적인 열쇠가 되는 것 같다. 이번 리포트를 통해서 지금까지 단순히 폭발이론이라고 생각하고 있었던 빅뱅 이론의 실체를 확실히 알 수 있게 되었고 그밖에 여러 가지 현재 진행되고 있는 연구들도 알 수 있게 되었다. 필자도 확실히 빅뱅의 이론이 맞다고는 생각하지 않지만 강력한 과학적인 이론과 근거가 뒷받침되고 있기 때문에 이 이론이 우주의 생성 원리라고 믿겠다. 그리고 한편으론 이 이론을 뒤엎을 수 있을 만한 획기적인 이론이 등장하여 필자의 호기심을 다시 한번 자극하였으면 하는 바램을 갖으면서 이번 리포트를 마치고자 한다.
<참고문헌>
1)George Smoot and Keay Davison, "우주의 역사(Wrinkles in Time)" 1994 과학세대역
2) D.W. Sciama, "현대 우주론", Cambridge university press 1973 양종만역(1988), 2∼3장
3) 이철훈, "일반 상대론" 민음사 1986, 9장
4) Hans-Heinrich Voigt, "천문학 강요" 1969 일신사 (1982), 10장
5) 죠셉실크, "대폭발-우주의 시작과 진화" 1992 민음사,18장
6) 한영환, "우주의 역사" 1994 범우사
7) 방려지,정숙한, "우주의 창조" 1993 전파과학사
8) 후미타카, "대폭발" 1999 아카데미서적
9) 아이작 아시모프, "시작; 인류, 생명,우주" 1995 세계인
10) 필립.M.도버, 리처드.A.멀러, "지구 대폭발" 1997 자작나무
11) 이충호,변영우, "빅뱅" 1991 (주)동아출판사
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빅뱅,   허블,   핵합성,   편평성,   자기 단극자