우주의 초기 상태를 해명하는 연구 결과

약 100억 년 전, 우주가 빅뱅을 겪은 이후 “재이온화 시기”로 알려진 시기가 있었고, 이 시기에는 우주를 가득 채운 중성 수소 원자가 최초의 별들에서 나오는 자외선 빛에 의해 이온화되었습니다.

이 새로운 연구는 이 재이온화가 시작되기 직전, 즉 “우주의 어두운 시기” 끝부분의 조건을 이해하고자 합니다.

호주 서부에 위치한 머치슨 와이드필드 배열 망원경에서의 10년간의 데이터를 통해, 연구자들은 재이온화가 “차가운 시작”이 아니었음을 규명하였고, 이는 아마도 블랙홀과 항성 잔여물로 인해 발생한 열 때문일 가능성이 높다고 밝혔습니다.

많은 사람들이 우주의 폭발적인 시작을 알고 있습니다. 빅뱅 이후, 우주는 빠르게 식고 확장하며 약 40만 년 후에는 양성자와 전자가 결합하여 수소 원자를 형성했습니다.

그 이후에는 우주가 중성 수소로 가득 차 있는 “우주의 어두운 시기”가 약 10억 년 동안 지속되었으며, 이후 최초의 별과 은하가 출현하게 됩니다.

이때, 원시 별들이 자외선 빛을 방출하면서 수소 원자의 전자를 빼앗기고 우주는 “재이온화 시기”에 접어들게 되었습니다.

하지만, 이러한 변화를 지켜보는 것은 쉽지 않으며, 천체 물리학자들은 증거를 찾기 위해 끊임없이 연구해야 합니다.

예를 들어, 우리는 우주가 “우주의 어두운 시기”에서 재이온화로 전환되는 과정에서 어떤 조건이 있었는지 잘 알지 못합니다.

일부 이론은 재이온화가 “차가운 시작”에서 발전했다고 주장하지만, 이번 연구는 우주가 이 주요 이정표에 도달하기 전 열이 상승하고 있었음을 보여줍니다.

호주 커틴 대학교의 카트린 트로트 박사는 연구 발표에서 “우주가 발전함에 따라 은하들 사이의 가스는 팽창하고 식기 때문에, 우리는 그것이 매우 차가울 것이라고 기대했지만, 우리의 측정 결과에 따르면 어느 정도 열이 발생하고 있었다는 것을 알았습니다. 이는 매우 차가운 재이온화는 배제된다는 것을 의미합니다”라고 말했습니다.

이렇게 먼 과거를 살펴보는 것은 쉽지 않습니다. 트로트 박사와 그녀의 팀은 호주 서부의 머치슨 와이드필드 배열 망원경을 이용하여 이러한 어려운 관측을 수행했습니다.

이 망원경은 70–300 MHz에서 작동하며, 재이온화 시기의 중성 수소 방출을 탐지하는 데 특화되어 있습니다.

그러나 저자들은 인근 별과 은하, 지구의 대기에서 발생하는 우주적인 소음으로부터 찾고자 하는 신호를 분리하기 위해 많은 계산을 수행해야 했습니다.

10년 분량의 데이터를 통해 연구팀은 누락된 데이터를 통해 발견을 하게 되었습니다.

우주가 이 시기에 차가웠다면 특정 신호를 방출했을 것입니다. 하지만 연구자들은 이 신호가 발견되지 않았음을 확인하였고, 이는 적어도 어느 정도의 열이 발생했음을 시사합니다.

이론적으로는 초기 블랙홀과 항성 잔여물에서 발생한 X선이 빅뱅 이후 약 8억 년 후에 이러한 열을 발생시켰을 가능성이 있습니다.

연구진은 아직 그 열의 신호를 발견하지 못했지만, 그것은 결국 찾아낼 것이라고 믿고 있습니다.

커틴 대학교의 리디마 눈호키는 연구 발표에서 “기존 기술들이 모두 결여된 신호를 찾는 데 도움을 줄 것입니다. 그 신호는 분명히 있는 것인데, 우리는 우리의 데이터를 개선하고 더 많은 데이터를 얻어 그 신호에 접근할 것입니다”라고 덧붙였습니다.

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