일반지구과학 및 실습

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일반지구과학 및 실습 II

1 1 주 차 : 우 주 론

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3. 우주의 운명

우주의 미래는 예측할

수 있을까?

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우 주 의 운 명

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• 우주의 최종운명은 어떻게 될까?

• 우주가 영원히 팽창하면서 별들이 다 타버리고, 은하들은 차가워지면서 어두운 잔재들은 끝없는 암흑 속을 통해 영원히 팽창하게 될까?

• 또는 중력이 팽창을 느리게 하여 팽창을 거꾸로 돌려 우주가 수축하게 될 것인가?

• 은하들은 더욱 더 가까워져서 결국 역 빅뱅현상을 일으키게 될까?

• Gnab gib

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임 계 밀 도

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• 우주의 운명은 우주의 밀도에 따라 달라진다

• 우주의 평균밀도가 크다면, 중력은 결국 팽창을 이겨내고 모든것들을 다시 수축하게 만들 것이다

• 우주의 평균밀도가 너무 낮으면 우주는 영원히 팽창을 계속하게 될 것이다

• 운명을 결정해주는 임계밀도는 정확하게 알지못하고, 또 우주내 단위 체적당

물질의 양도 정확하게 밝혀지지 않았다

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• 관측가능한 모든 물질들로 계산한 밀도는 임계밀도의 10%정도밖에 안된다

• 은하들의 회전속도곡선은 대부분의 은하질량이 어두워서 관측되지 않는다는 사실을 보여준다

• 은하단에서의

중력렌즈 관측

^은

암흑물질의 강한 증거를 제시해주고 있다

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암 흑 에 너 지

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• 우주의 국부공간에서 은하들의 운동은 우주가 현재 어떻게 팽창하고 있는지 알려준다

• 은하들의 적색편이를 관측하고, 세페이드 변광성을 이용하여 그 은하들까지의 거리를 측정해보면 허블상수를 얻어내서 우주의 나이를 계산해볼 수 있다

• 계산된 우주의 나이: 137억년

• 우주가 과거에 어떻게 팽창해왔는지 알아낼 수 있을까?

• 1998년, 큰 적색편이를 지닌 초신성폭발에 대한 연구결과가 2개의 천문학 연구팀에 의해 발표되었다

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큰 적 색 편 이 를 보 이 는 초 신 성 폭 발 연 구 결 과

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• 두 연구팀 모두 멀리있는 은하들에서 일어나는 초신성 열핵반응의 관측을 시도했다

• 이런 초신성들은

찬드라세카한계에서 백색홰성의 파괴에서 생성되기 때문에 이 들 모두는 정확하게 똑같은 광도를 보여주었다

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우 주 의 팽 창 역 사

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• 초신성의 겉보기 밝기를 관측하여 거리측정

• 초신성의 스펙트럼관측으로 적색편이 측정

• 초신성이 얼마나 멀리 있는지와 현재 얼마나 빨리 후퇴하고 있는지를

알아낼 수 있다

• 충분히 많은 초신성에 대해 이 두가지 정보를 얻어보년 우주의 팽창역사를 알아볼 수 있다

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초 신 성 관 측 결 과

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• 큰 적색편이를 보이는 초신성들의 밝기는 예측된바보다 더 어둡다

• 멀리있는 과거에서 초신성의 밝기는 낮았다

• 우주가 수축하거나, 느려지거나 또는 일정한 속도로 팽창하지않고 우주의 팽창은

가속되고

^{있다 !}

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가 속 팽 창 우 주

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• 우주는 클런치로 끝나지 않을 것이다

• 은하들은 점점 더 빠르게 빠르게 후퇴하게 될 것이다

• 결국 모든 것들이 우리의 관측한 가능한 우주에서 사라지게 될 것이다

• 결국 우리는 국부은하군에 있는 은하를 제외하곤 다른 어떤 은하들없이 홀로 남겨지게 될 것이다

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우 주 가 속 팽 창 의 원 인

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• 아직은 정확하게 밝혀지지 않았다

• 그렇지만 우주를 가속팽창시키는 원인이 무엇인지 그 이름은 밝혀졌다:

암흑에너지

• 암흑에너지는 우주를 채우고 있는 어떤 물질처럼 행동하고 있다

• 일반상대성이론의 예측:

• “텅빈 공간＂은 자체 에너지를 지닐 수 있다

• 이 에너지는 공간자체의 성질이기 때문에 공간이 팽창하면서 약해지지 않는다

• 팽창으로 공간이 더 커지게 될 수록 이런 공간에너지는 더 강하게 나타날 것이다

• 결과적으로, 이 “진공에너지＂는 더욱 더 빠른 우주팽창을 야기하게 될 것이다

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진 공 에 너 지

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• 진공에너지의 또 다른 해석

• 진공은 가속을 야기하는 어떤 에너지를 지니고 있다

• 이 에너지는 자연상수로 알려져있다

• 시간에 따라 일정헌 상수의 값을 지닐 필요가 없다

• 우주에 충분한 암흑에너지가 존재한다면

• 팽창율은 시간에 따라 증가할 것이다

• 원자를 포함한 모든 물질들이 결국 찢어지게 될 것이다

• Big Rip

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Λ - C D M 모 델

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• 서로 다른 많은 관측결과들이 우주상수에 대한 최상의 예측을 할 수 있도록

해주었다

• Λ - C D M 모 델

• Λ ( l a m b d a )

• 우 주 상 수 또 는 암 흑 에 너 지

• 에 너 지 밀 도 의 6 8 . 3 %

• CDM: cold dark matter

• 차가운 암흑물질

• 에너지밀도의 26.8%

• 나머지 4.9%는 보통물질을 모두 합한 양

• 현재 우주의 나이:

• 13.80 ∓0,04 십억년

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• 100억 년된 초신성을 찾는 새로운 서베이 프로젝트를 통해 정확한 추정이 가능해졌다

Ω

^Λ

≃ Ω ≃

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지구라는 고정된위치에서 인간이 우주의 기원 뿐만 아니라 우주의 마지막 운명까지 알아내고 있다는 것은 아주 놀랄 만한 일이다!

137억년 전

구조 형성

최초 별과 은하 탄생

물질 형성 분리

재 이온화 가속팽창

현재처럼 많은은하

형성 태양탄생