우주의 역사를 한눈에 보기 - 우주는 어떻게 생겨났을까?

탄생 10억 년 후의 우주

 

 

※ 본 내용은 유튜브 채널 '책밖과학'에서 제공하며, 타 블로그 및 유튜브 채널에서의 사용을 절대 금지합니다.

 

우주는 약 138억 년 전에 생겨났습니다.

 

아주 뜨겁고 무한한 밀도를 가진 한 점에서 시작되었죠.

 

이를 빅뱅 이론이라고 하며, 천문학계에서는 정설로 받아들여지고 있습니다.

 

이를 뒷받침 해주는 다양한 흔적들이 우주에서 발견되고 있기 때문입니다.

 

그렇다면 이 작은 점은 어떻게 해서 지금의 거대한 우주로 변화될 수 있었던 걸까요?

 

이번 시간에는 우주가 생겨나게된 과정을 단계별로 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

1. 우주의 시작

 

 

빅뱅은 그 이름처럼 어떠한 물질의 폭발을 의미하지 않습니다.

 

우주를 커지게 만든 최초 사건으로, 공간 자체의 매우 빠른 팽창을 의미하죠.

 

우주는 매우 뜨껍고 밀도가 매우 높은 단일 점에서 팽창되었습니다.

 

과학자들은 우주의 첫 번째 순간을 알아내기 위해 정말 많은 노력을 기울여 왔는데요.

 

이러한 노력의 결과로, 과학자들은 우주 배경 복사라는 것을 발견하게 되었습니다.

 

우주 배경 복사는 우주에서 관찰되고 있는 아주 오래된 빛을 말하며, 우주 전체에 널리 퍼져 있죠.

 

과학자들은 이 우주 배경 복사를 분석하여, 우주의 나이를 비롯해 다양한 정보를 얻을 수 있었습니다.

 

 

2. 우주의 성장

 

 

약 10^-32초 정도?

 

이 시간은 우주가 시작된 시간입니다.

 

이 엄청나게 짧은 시간 동안 우주는 아주 빠른 성장을 하게 되었는데요.

 

최소한 처음 크기의 10^78배 이상으로 성장하게 되었습니다.

 

그 이후로도 우주는 계속 팽창해 나갔으며, 그 과정에서 밀도와 온도는 조금씩 낮아지기 시작했죠.

 

또한 우주의 팽창 속도도 시간이 지날수록 서서히 느려지시 시작했습니다.

 

그리고 마침내 우주에서 첫 번째의 물질이 나타나기 시작했습니다.

 

 

3. 어둠의 세계

 

 

최초의 물질은 우주가 탄생하고 최대 3분 이내에 만들어졌습니다.

 

쿼크를 비롯해서 양성자와 중성자 등의 기본 입자들이 생겨나기 시작했죠.

 

그리고 양성자와 중성자는 서로 충돌하여 수소의 동위 원소인 중수소의 핵을 만들었습니다.

 

또한 이 중수소의 핵들은 헬륨의 핵이 만들어지는데 대부분 이용되기 시작했습니다.

 

이렇게 물질들이 생겨나던 시기에도, 우주는 여전히 어두운 상태가 지속되고 있었는데요.

 

빅뱅 이후 380,000년이 되기까지, 우주의 온도는 여전히 매우 뜨거웠기 때문입니다.

 

당시에 존재했던 대부분의 입자들은 밀도가 매우 높은 불투명한 플라즈마의 형태로 뭉쳐져 있었죠.

 

그래서 그 안에서 발생된 빛들이 바깥쪽으로 빠져나올 수가 없었던 겁니다.

 

과연 우주에서 최초의 빛은 언제쯤 등장하게 될까요?

 

 

4. 빛이 있으라

 

 

우주가 탄생한지 약 380,000년이 지났습니다.

 

이제 우주는 핵과 전자가 결합되어 원자를 형성할 만큼 충분히 냉각되었죠.

 

그리고 이러한 결합으로 인해 마침내 우주는 서서히 투명해지기 시작했습니다.

 

이렇게 우주가 투명해지면서 그 안에 갇혀 있던 빛들이 하나씩 빠져나오기 시작했는데요.

 

이 때 방출된 최초의 빛은, 오늘날 우주 배경 복사로 남아 우리에게 감지되고 있습니다.

 

하지만 우주에서 별들이 생겨나기 전까지 우주의 어둠은 계속되고 있었습니다.

 

 

5. 암흑기의 끝

 

 

빅뱅 이후 약 4억 년이 지나서 마침내 우주는 암흑기를 벗어나게 됩니다.

 

그동안 우주에 퍼져있던 가스들은 서로 모여서 덩어리를 이루기 시작했는데요.

 

이렇게 뭉쳐져 점점 거대해진 가스 덩어리들은 자체 중력에 의해 별이 되었습니다.

 

또한 이렇게 별들이 만들어지는 과정에서, 최초의 자외선이 발생하게 되었습니다.

 

그리고 이 자외선은 등장과 함께 주변에 있던 중성 수소 가스를 제거하기 시작했죠.

 

이렇게 우주는 점점 더 투명해져 갔으며, 자외선은 우주 공간으로 더 멀리 뻗어나가게 되었습니다.

 

또한 이렇게 만들어진 별들은 하나씩 모이게 되어 은하를 형성하기 시작했습니다.

 

이 시기는 대략 5억 년 이상 지속되었을 것으로 생각되지만, 어쩌면 더 빠르게 완성되었을 수도 있는데요.

 

과학자들은 우주 진화적 관점에서 이 시기를 재이온화(재전리)의 시대라고 부르고 있습니다.

 

 

6. 별의 시대

 

 

그 이후로 우주에는 더 많은 별들과 은하들이 탄생하게 되었습니다.

 

과학자들은 이 시기에 생겨난 별들을 가리켜 1세대 별이라고 부르고 있죠.

 

이러한 우주 초기의 별들은, 우리가 아직 모르는 우주 탄생의 비밀을 많이 가지고 있을 것으로 생각되고 있습니다.

 

하지만 과학자들은 그동안 단 한개의 1세대의 별도 발견하지 못했는데요.

 

그런데 얼마전 129억 광년 떨어진 곳에서 1세대로 추정되는 별이 발견되었습니다.

 

만약 이 별이 1세대로 판명된다면, 초기 우주에 대해서 더 많은 것들을 알아낼 수 있게 될 겁니다.

 

 

7. 태양계의 탄생

 

형성중은 별의 흔적

 

아마도 우리의 태양계는 태양 성운이라는 거대한 가스와 먼지 구름에서 시작되었을 겁니다.

 

태양 성운은 중력에 의해 서서히 붕괴되면서 점점 납작해지고 또 빠르게 회전하게 되었겠죠.

 

이 과정에서 주변에 있던 물질들은 더 많이 끌어당겨 결국 태양이라는 별을 만들게 되었습니다.

 

참고로 태양은 가장 최근에 생겨나게 된 3세대 별입니다.

 

그리고 태양이 형성될 때 남겨진 물질들은 그 주변에 다양한 행성들을 만들어 냈습니다.

 

 

8. 아직 보이지 않는 것들

 

 

어쩌면 우주에는 아직 우리가 발견하지 못한 물질이 존재할 수 있습니다.

 

그동안 과학자들은 다양한 은하에서 별들의 이동 속도를 관찰해 왔었는데요.

 

처음에 과학자들은 은하 외곽의 별들이 중심에 있는 별들보다 이동 속도가 더 느릴 것으로 생각했습니다.

 

하지만 관측 결과, 은하에 있는 모든 별들의 속도가 대부분 비슷한 것으로 확인되었죠.

 

그래서 과학자들은 별들의 이동 속도에 영향을 미치는 물질이 있을 수 있다고 생각하기 시작했습니다.

 

이 물질은 바로 암흑 물질이며, 지금도 과학자들은 이 물질을 찾고 있습니다.

 

 

9. 여전히 팽창하는 우주

 

 

과거에 에드윈 허블은 아주 위대한 발견을 해냈습니다.

 

우주가 고정되어 있지 않고 계속 팽창하고 있다는 사실을 입증 해냈던 겁니다.

 

또한 허블은 우리에게서 더 멀어질 수록 우주의 팽창 속도는 점점 빨라진다는 사실도 발견했죠.

 

당시 과학자들은 우주는 정적이거나 나중에 다시 수축될 것이라 믿고 있었습니다.

 

그래서 당시 허블의 발견은 천문학계의 혁명이라고 말할 수 있을 정도였습니다.

 

과학자들은 우주가 계속 팽창하고 있는 이유를, 암흑 에너지의 힘 때문이라고 생각하고 있는데요.

 

하지만 여전히 과학자들은 암흑 에너지의 정체에 대해서 아는 것이 거의 없습니다.

 

 

10. 새로운 시작

 

 

지금까지 우주에서 많은 것들이 발견되어 왔습니다.

 

하지만 여전히 풀리지 않고 있는 의문들은 많이 남아 있습니다.

 

암흑 물질과 암흑 에너지도 궁금하지만, 우주의 탄생 이유는 우주의 진정한 미스터리라고 할 수 있죠.

 

도대체 매우 뜨겁고 밀도가 높은 점은 어떠한 이유로 생겨나게 된걸까요?

 

그리고 이 점이 생겨나기 이전에는 무엇이 있었을까요?

 

당장 이 미스터리들을 해결할 수는 없지만, 과학자들은 한 걸음씩 앞으로 나아가고 있습니다.

 

현재 제임스 웹 망원경의 준비 과정이 서서히 마무리 되어 가고 있습니다.

 

과학자들은 제임스 웹 등을 통해 아직 해결되지 않은 우주의 미스터리를 하나씩 추적해 나갈 예정인데요.

 

머지 않아 아주 깊은 우주에서 정말 놀라운 발견이 있었으면 좋겠습니다.

 

 

https://youtu.be/fPy-2S4Z9rA?si=C8ex4P64nHtnt-i7

 

 

 

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