유럽우주국이 작성한 빅뱅 이후 38만년이 지난 시점의 초정밀 우주배경복사 지도가 21일 공개됐다. 천문학자들은 이 지도를 분석한 결과 우주의 나이가 지금까지 알려진 것보다 약 8000만년 더 많으며 물질 분포가 균일하지 않다고 뉴욕타임스 등 외신이 보도했다. Show 유럽우주국의 플랑크 우주망원경이 우주 전체를 관측해 만든 이 지도는 빅뱅 이후 우주의 나이가 38만 살이었을 때의 우주 열 지도이다. 우주배경복사의 미세한 온도 변화를 보여주며 지도상의 얼룩덜룩한 반점들은 훗날 별과 은하를 만든 물질의 씨앗이다. 우주배경복사는 마치 배경처럼 우주 공간의 모든 방향에서 같은 강도로 들어오는 전파로 우주 탄생 초기 빛의 흔적을 담고 있다. 이 당시 우주의 온도는 약 2700℃로 상호 작용하는 양자와 전자, 광양자가 가득차 있는 상태였다. 양자와 전자가 결합해 수소원자를 만들면서 빛이
나오기 시작했다. 우주가 팽창하면서 열이 식어 오늘날 이 빛은 절대온도 2.7K에 상당하는 파장인 우주배경복사로 남았다.
 관측 작업을 진행한 과학자들은 이 지도가 우주의 기원과 진화에 관한 빅뱅 모델을 검증하고 정확성을 높이는 데 크게 기여할 것이라고 밝혔다. 마크 카미온코우스키 미국 존스홉킨스 대학의 천문학 교수는 나사가 주최한 원격 기자회견에서 플랑크 망원경이 작성한 지도가 “천문학에서의 인간 게놈 프로젝트”라며 “현재 우주가 자라난 씨앗을 보여준다”고 말했다. 유럽우주국은 성명에서 “플랑크 망원경의 초정밀 우주배경복사지도는 우주 탄생 초기의 순간을 보여주며 우리가 우주에 관해 알고 있는 것들이 결코 완벽하지 않음을 드러냈다”고 밝혔다. 연구진은 자료를 분석해 우주를
팽창시키는 것으로 알려진 ‘암흑 에너지’와 은하계들을 서로 끌어당기고 있는 ‘암흑 물질’의 존재를 확인할 수 있다고 전했다. 연구진은 암흑 에너지가 우주 공간에서 차지하는 비율이 알려진 것보다 적은 68.3%이고 원자와 같은 일반 물질은 4.9%, 암흑 물질은 예상보다 많은 27%라고 밝혔다. 천문학자들이 가장 놀랍게 받아들이는 것은 우주의 팽창 속도가 이전 측정 결과보다 더 느리다는 사실이다. 이는 기존 허블상수 측정치를 바꿔야함을 의미한다. 현대 우주론의 핵심적인 물리량인 허블상수는 우주의 팽창률을 나타내는 것으로, 그 역수는 우주의 나이에 비례한다. 허블상수만 정확하게 구할 수 있다면 우주의 나이를 알 수 있다.
플랑크 망원경의 관측에 따른 허블상수는 67㎞/s/Mpc로 지상에서 WMAP 자료를 통해 측정한 69㎞/s/Mpc와 차이가 있다. 연구진은 새로 측정된 허블상수를 근거로 현재 우주의 나이를 기존 추정치보다 8000만년 더 많은 138억년으로 유추했다. 연구에 참여한 마틴 화이트 UC버클리대 교수는 이 차이가 “상당히 놀랍다”며 “우주 팽창을 가속시키는 암흑 에너지가 천문학자의 생각보다 더 복잡한 것임을 의미한다”고 말했다. 또 하나 주목할만한 사실은 우주의 물질 분포가 균일하지 않고 멍울이 진 상태로 지구 북반구에서 보이는 우주의 절반에서 차갑고 뜨거운 반점들이 더 많이 관측됐다는 점이다. 플랑크 우주망원경 이전 우주배경복사를 관측했던 나사의 우주망원경 WMAP에서도 이런 패턴이
관찰됐지만 당시에는 분석 오류나 은하수에 의한 오염에 따른 것이라는 주장이 제기되며 논쟁을 부르기도 했다. 천문학자들은 우주의 불균일성이 우주 생성 초기부터 존재했으며 은하를 물질 분포의 아주 작은 불균일성에서 시작된 진화과정의 산물로 간주하고 있다. 빅뱅이론은 우주 공간에 밀도 차이가 있으며 밀도가 높은 지역은 중력으로 물질을 끌어당겨서 밀도가 더욱 높아지고, 그 과정이 반복되면서 은하를 포함한 오늘날 우주의 구조가 형성되었을 것으로 보고 있다. 이번 지도는 이같은 이론을 뒷받침한다. 이는 또한 빅뱅 이론의 핵심이라 할 팽창의 존재를 강력하게 지지하고 있다. 빅뱅 이론은 원자보다 작은 크기의 우주가 수천조분의 1초라는 극히 짧은 순간에 100×1조×1조배로 확대됐다고 보고 있다. 이러한 확장 과정에서 생긴 양자의 파동이 은하들로 발전해가는 비균질적인 얼룩 같은 흔적들을 남겼다. 연구진들은 우주 전체에 보이는 이같은 비균질적인 우주배경복사가 팽창의
존재를 증명하고 있다고 보고 있다. 지난 2009년 발사된 플랑크 망원경은 15개월 반에 걸쳐 우주에 희미하게 퍼져있는 전자기파를 관측했다. 절대영도가 아닌 이상 모든 물질은 자신이 가진 열에너지를 전자기파의 형태로 방출한다. 미국 벨연구소 연구진이었던 아노 펜지어스와 로버트 윌슨은 1964년 우주배경복사로 불리는 4080㎒대의 초단파가 우주의 모든 방향에서 들어오고 있음을 밝혀냈다. 이 초단파의 파장은 7㎝ 정도이고, 온도는 약 2.7K으로 섭씨온도로는 약 -270℃이다. 빅뱅 이후 38만년이 지난 즈음 우주가 팽창함에 따라 온도가 약 3000K로 낮아지자 빛의 진행을 막고 있던 전자가 양자에 붙으면서 수소 원자가 형성되었다. 이때서야 빛이 빠져나와 우주 공간에 퍼져 나가기 시작했을 것으로 추정된다. 폭발 당시 뜨겁던 우주가 팽창하면서 열에너지가 우주 공간에 퍼져 나갔고 그 결과 우주 공간의 온도는 점점 떨어졌다. 이때문에 현재
우주 공간은 온도가 3K인 물체에서 나오는 파와 같은 전파로 가득 차 있는 상태가 됐다. 초단파를 이용한 무선통신에서 잡음이 들리는 한 원인이기도 하다. 37만년 전의 초단파는 현재 광학 및 전파 망원경의 기술수준으로 관측할 수 있는 한계선이다. 그럼에도 여기에는 빅뱅 직후 1조분의 1초라는 찰나의 순간에 형성된 패턴들이 담겨있어 우주 초기의 모습을 추정할 수 있는 자료가 된다. 천문학에서 우주 마이크로파 배경(宇宙micro波背景, 영어: cosmic microwave background, 약자 CMB)은 관측 가능한 우주를 균일하게 가득 채우고 있는 마이크로파 전자기 복사이다. 광학 망원경으로 관찰한 우주는 암흑으로 채워져 있지만, 전파 망원경을 통해 관찰하면 별이나 은하 등에 관련이 없는 배경 복사가 우주의 모든 방향으로부터 균일하게 분출하여 나오는 것을 확인할 수 있다. 우주 마이크로파 배경은 대폭발 이론의 중요한 증거이며, 우주의 초기의 뜨거운 고밀도 상태에서 뿜어져 나온 빛이 오늘날에 관측되는 것이다. 우주 마이크로파 배경은 1964년에 미국의 전파 천문학자 아노 앨런 펜지어스와 로버트 우드로 윌슨이 발견하였고, 이들은 이 업적으로 1978년 노벨 물리학상을 수상하였다.[1] 성질[편집]COBE 위성으로 찍은 우주 마이크로파 배경 스펙트럼을 나타낸 그림이다. 세상에서 가장 정밀하게 측정된 흑체복사이며, 이론값과 측정값이 굉장히 잘 일치한다. 둘 사이의 오차를 나타낸 선은 너무 작아서 보이지 않는다. 균등성과 등방성[편집]우주 마이크로파 배경은 모든 방향에 대하여 균질하고 거의 등방적이며 계절에 영향을 받지 않는다. 우주 마이크로파 배경은 매우 균등하여, 이론적인 비등방성과 다른 은하나 별들에 의한 잡음을 제거한 뒤에는 가장 높은 온도와 가장 낮은 온도 사이에 상대적으로 정도의 차이밖에 보이지 않는다.[2] 또한 우주 마이크로파 배경은 태양계나 우리은하의 모양과 관련이 없는데, 이는 우주 마이크로파 배경이 우리은하 밖에서 오며 우주 전체에 골고루 퍼져 있음을 의미한다. 흑체 복사 스펙트럼[편집]우주 마이크로파 배경의 또 하나의 특징은 파장과 에너지의 관계가 2.725 K에서의 흑체복사 형태를 띠고 있다는 것이다. 플랑크 법칙에 따라 2.725K의 흑체 복사 스펙트럼에서 세기가 가장 강한 빛의 파장을 구하면 1.9mm(160.2GHz의 진동수)의 값을 얻게 되는데, 이는 우주 마이크로파 배경 그래프에서의 값과 잘 일치한다. 만약 플랑크의 법칙이 아닌, 근사를 통한 빈의 법칙을 이용하게 된다면 1.06mm(283GHz의 진동수)의 파장을 얻게 된다. 우주 마이크로파 배경의 스펙트럼은 굉장히 정밀하게 측정되어 현재까지 측정된 흑체 복사 스펙트럼 중 가장 정밀하다. 우주 마이크로파 배경의 흑체 복사 스펙트럼은 허블-르메트레 법칙과 함께 대폭발의 존재를 뒷받침하는 중요한 증거이다. 우주 마이크로파 배경의 관측된 온도 2.725 K은 조지 가모프와 랠프 애셔 앨퍼 등이 대폭발을 통해 계산한 온도와 일치한다. 비등방성[편집]우주 마이크로파 배경을 통해 바라본 우주는 굉장히 균질하고 등방적이다. 즉 어떠한 방향으로 바라보아도 대부분 평균 온도 2.725K에 가까운 온도를 지니고 있다. 다만 미세한 규모에서는 우주 마이크로파 배경은 비등방성을 가진다. 도플러 효과를 제거하면 이 비등방성의 크기는 정도이다. 관측되는 우주 마이크로파 배경의 비등방성은 다음과 같은 요인으로부터 기여한다.
일차 비등방성은 우주 초기의 급팽창 이론을 일으킨 인플라톤들의 양자 요동으로부터 온 것이며[3] 우주 초기의 상태를 탐구하는 중요한 관찰 자료이다. 즉 초기 우주에서 주위보다 물질의 밀도가 조금 더 높은 곳은 중력에 의해 물질을 더 많이 끌어당기게 되고, 중력에 대한 위치 에너지가 운동 에너지로 변화하게 되면서 주위보다 약간 더 높은 온도를 가지게 된다. 이렇게 생겨난 우주의 대규모 구조를 따라서 우주 마이크로파 배경에는 온도의 높고 낮음이 나타나게 되고, 이러한 우주 마이크로파 배경의 정확한 측정을 통해 초기 우주의 상태를 연구할 수 있다. 도플러 효과[편집]우주 마이크로파 배경의 주된 잡음 가운데 하나는 도플러 효과로 인한 쌍극 비등방성이다. 쌍극 비등방성은 태양계와 지구가 가만히 정지한 상태에서 우주 마이크로파 배경을 받고 있는 것이 아니라, 태양계와 지구가 우주 마이크로파 배경의 기준틀에 대해 상대속도를 가지고 움직이기고 있기 때문에 나타나는 도플러 효과에 의한 비등방성이다.[4] 지구와 우리은하를 포함하는 국부은하군은 우주 마이크로파 배경에 대하여 약 600 km/s의 상대 속력으로 움직인다. 즉 지구가 움직이는 방향의 우주 마이크로파 배경에는 청색 편이가 일어나 온도가 더 높게 측정이 되고, 그 정반대 방향의 우주 마이크로파 배경에는 적색 편이가 일어나 온도가 상대적으로 낮게 측정된다. 음향 진동[편집]재결합 시기에, 비등방성이 생성이 될 때에 광자는 작은 규모의 비등방성을 지우려는 효과를 가지는 반면, 질량이 큰 중입자는 중력으로 다른 물질들을 잡아당김으로서 비등방성을 증폭시키는 효과를 가지게 된다. 따라서 중입자와 광자는 서로 경쟁관계에 있게 된다. 이 둘이 서로 경쟁하면서 파워 스펙트럼 상에 규칙적으로 나타나는 극점들을 만들게 되며, 이러한 효과를 음향 진동이라고 한다. 음향 진동에 의한 극점들은 광자들이 물질들로부터 분리되었을 때 광자가 가지고 있던 비등방성의 규모와 대략적으로 일치한다. 파워 스펙트럼에서 나타나는 이러한 극점들의 위치는 초기에 존재하던 밀도 요동들의 종류에 대해서도 이야기한다. 일반적으로 모형들은 크게 두 가지 종류의 밀도 요동을 예측한다.
우주 마이크로파 배경의 실제 관측 결과는 우주 초기에 등곡률 요동보다 단열 요동이 압도적으로 많았음을 의미하며, 이는 급팽창 이론을 지지한다. 확산 감쇠[편집]일차 비등방성의 두 번째 요인은 확산 감쇠이다. 재결합을 통해 우주 공간 내 플라스마의 밀도가 급격히 감소했었고, 분리가 비교적 짧은 시간동안 유한하게 이루어졌다는 두 가지 상황으로 인해, 광자의 평균자유행로는 단시간 내에 급격하게 증가하게 된다. 따라서 그 당시의 광자들이 가지고 있던 작은 규모의 비등방성들은 광자가 갑자기 물질로부터 분리되어 자유롭게 뻗어져 나감으로써, 더 큰 규모의 비등방성으로써 희석된다. 이차 비등방성[편집]이차 비등방성의 경우 가장 두드러진 효과는 전리된 성간매질에 의한 영향이다. 재결합이 이루어지고 최초의 별, 초신성이 생성된 후, 그들에 의해 발생된 고에너지 광자들은 우주에 존재하던 고밀도의 수소 원자들을 다시 전리시켰다. 이렇게 ‘재전리’된 수소 입자들은 고밀도 상태로 우주 공간에 존재하여 우주 마이크로파 배경의 광자들과 다시 상호작용하여 그들을 산란시켜 소규모의 비등방성들을 알아볼 수 없게 만들었다. 비등방성의 전개[편집]우주복사 내의 온도의 비등방성을 측정 각도로 나타낸 파워스펙트럼이다. 데이터는 WMAP (2006), Acbar (2004) BOOMERanG (2005), CBI (2004), 그리고 VSA (2004) 으로부터 얻은 것을 사용하였다. 이론적 예상값도 굵은선으로 함께 표시되어 있다. 우주 마이크로파 배경을 분석하기 위해서는 온도를 방향에 대한 함수로 나타내어 와 같은 형태로 나타내는 것이 편리하다. 여기서 는 구면좌표계에서의 편각, 는 방위각을 나타낸다. 이러한 종류의 구면함수들은 구면 조화 함수 들의 합으로서 전개 될 수 있는데, 이것을 라플라스 급수라고 하며 아래와 같이 표기한다. 이러한 전개는 푸리에 급수와 굉장히 많이 닮았는데, 라플라스 급수에서의 고차 항은 푸리에 급수에서 높은 진동수를 지닌 조화 함수에 해당한다. 따라서 l 값이 크면 클수록, 더 작은 각도 규모에서의 온도 요동을 나타낼 수 있게 된다. 여기서 각 l 값에 해당하는 구면 조화 함수들의 합이 전체 구면함수에 얼마나 기여하는가에 대한가를 상수 로써 아래와 같이 나타낼 수 있다. X축을 l 값으로, Y축을 각 l 값에 해당하는 값으로 하여 그린 그래프를 파워 스펙트럼(power spectrum)이라 부른다. 형성 과정[편집]우주 마이크로파 배경을 분석하면 ΛCDM 모형의 매개변수들 및 우주의 각종 성질 (편평도, 에너지 밀도, 허블-르메트레 법칙, 중입자-광자 비율) 등을 측정할 수 있다. 우주 마이크로파 배경은 우주 초기에 생성된 광자들로부터 기인한다. 초기 우주에서는 온도가 매우 높았으므로, 전자와 양성자들이 전리되어 플라스마 상태로 존재하였다. 플라스마를 구성하는 이온들은 강한 전자기 상호작용을 겪으므로, 광자의 평균자유행로가 매우 짧다. 즉, 플라스마 상태는 광자에 대하여 불투명하다. 우주의 팽창에 따라서 우주의 온도는 서서히 감소하였고, 결국 플라스마를 구성하는 전자와 양성자들이 수소 원자로 결합하는 상전이가 발생하였다. 재결합이라고 불리는 이 사건은 대폭발 이후 약 37만 8천년 이후(적색편이 )에 발생하였다. 재결합 이후, 우주는 대부분 전자기 상호작용을 약하게 겪는 중성 원자들로 구성되게 되며, 따라서 광자의 평균자유행로가 길어지고 우주는 광자에 대하여 투명하게 되었다. 즉, 이 때부터 광자들은 크게 방해받지 않고 움직일 수 있다. 오늘날 관측되는 우주 마이크로파 배경은 이 광자들로 구성되며 따라서 재결합 시기의 우주의 상태를 기록하고 있다. 우주 마이크로파 배경이 처음 생성될 당시 (재결합 시대) 우주의 온도는 약 3000 K 정도였다. 하지만 복사의 온도는 팽창에 반비례하여 계속해서 낮아져서 현재 2.725 K까지 낮아졌다. 간단하게 팽창과 복사온도 사이의 관계를 살펴보면 우주 전체에 있는 광자의 총 숫자는 일정하다 볼 수 있으므로, 광자의 밀도는 팽창의 세제곱에 반비례 한다고 생각할 수 있다. 또한 각 광자의 에너지는 적색 편이 효과에 의해 팽창에 반비례하므로 결국 빛의 에너지 밀도는 팽창의 네제곱에 반비례한다는 결론에 도달할 수 있다.[6] 최종 산란면[편집]지구를 중심으로 하여, 현재 관측되는 우주 마이크로파 배경 광자들이 마지막으로 산란을 일으켰던 장소들까지의 평균 거리를 반지름으로 하는 구각을 최종 산란면이라고 부른다. 우주 마이크로파 배경의 광자들의 최종 산란은 대략 재결합과 일치한다. 우주 마이크로파 배경이 뿜어져 나온 어떠한 ‘순간’을 생각해 볼 때, 우리가 현재 관측하고 있는 우주 마이크로파 배경이 과거에 방출되었던 우주의 ‘공간’들을 생각해 볼 수 있다. 우주 마이크로파 배경이 지구를 중심으로 한 구각 형태로 관측이 되므로, 이러한 우주 마이크로파 배경 방출 지점들도 우주에서 지구를 중심으로 한 거대한 구각을 이룬다. 이러한 구각을 최종 산란면이라고 부르며, 최종 산란면까지의 거리는 의 형태로 입자 지평선을 구함으로써 얻을 수 있다.[7]:240 여기서 는 최종 산란이 일어난 시각, 는 현재를 나타내며, 는 어떠한 길이가 시간에 따라 상대적으로 변화하는 모습을 묘사하는 함수이다. 역사[편집]
우주 마이크로파 배경 발견 이전[편집]20세기 중반, 천문학자들은 우주의 탄생을 설명하기 위한 두 가지 이론을 주장하였다. 일부는 우주가 시작과 끝없이 영원히 존재한다는 정상우주론을 지지하였다. 일부에서는 대폭발 이론을 지지하였는데, 이는 137억 년 전에 어마어마한 폭발과 함께 우주가 형성되었다는 이론이다. 우주 마이크로파 배경은 1948년 조지 가모프, 랠프 애셔 앨퍼, 로버트 허먼[15][16][17]에 의해서 처음 언급되었다. 앨퍼와 허먼은 연구를 통해 우주 마이크로파 배경의 온도를 예측하였다. 하지만 그 예측값은 정확하지 못하였다. 1948년의 연구를 시작으로 앨퍼와 허먼은 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소(영어: Applied Physics Laboratory)를 떠났던 1955년까지 우주 마이크로파 배경의 물리적 환경에 대해서 탐구하였다. 그러나 그들의 연구가 천문학계에서 주목받지 못하던 1960년대에 앨퍼와 허먼의 예측은 야코프 보리소비치 젤도비치(러시아어: Я́ков Бори́сович Зельдо́вич)에 의해 재발견되었다. 또한 로버트 헨리 딕 또한 같은 시대에 우주 마이크로파 배경을 예측하였다. 소련의 천체물리학자 도로시케비치(러시아어: А. Г. Дорошкевич)는 1964년에 우주 마이크로파 배경의 측정가능성을 처음 논문으로 등재하였다.[18] 1964년에 프린스턴 대학교에서 딕의 동료였던 데이비드 토드 윌킨슨(영어: David Todd Wilkinson)과 피터 롤(영어: Peter Roll)은 딕 라디오미터를 만들어 우주 마이크로파 배경 측정을 시도하였다.[19] 펜지어스와 윌슨에 의한 발견[편집]펜지아스와 윌슨이 우주 마이크로파 배경을 발견하였던 홀름델 혼 안테나의 모습 1964년 벨 연구소에서 일하고 있던 아노 앨런 펜지어스와 로버트 우드로 윌슨은 고감도 6미터(20피트)의 혼 안테나로 기구 위성인 에코 위성으로부터 반사된 전파를 측정하였다. 미약한 전파를 측정하기 위해 그들은 수신기의 전파 간섭을 제거하는 작업을 하였다. 주변에 존재하는 모든 레이다와 전파 방송의 영향을 제거하고, 수신기의 열로 인한 전파 간섭을 없애기 위해 수신기를 액체 헬륨을 이용하여 섭씨 −269도까지 낮춰 측정을 하였다. 하지만 간섭을 없애기 위한 작업 후에도 의문의 잡음이 발견되었다. 이 잡음은 그들이 예상했던 잡음보다 100배 강한 세기를 갖고 있었으며 하늘에 균일하게 퍼져 있었다. 그들은 자신들이 탐지한 파장 7.35 cm의 전파가 단순히 지구나 태양 또는 우리은하에서 오지 않았음을 확신하였다. 한편 불과 60 km 떨어진 프린스턴 대학교에서는 천체물리학자 로버트 헨리 딕, 짐 피블스, 데이비드 토드 윌킨슨은 이에 대해서 연구하고 있었다. 그들은 대폭발이 일어났을 때 은하를 형성할 수 있는 물질들 말고도 막대한 양의 에너지가 방출되었을 거라고 생각했다. 아노 펜지어스는 대폭발 이후 생긴 전파가 우주 전역에 퍼져 있을 것이라는 논문의 예고를 접했다. 펜지어스와 윌슨은 자신들의 발견이 심상치 않다는 것을 깨닫기 시작했다. 그들이 발견한 전파의 성질은 프린스턴 대학교의 딕과 그 연구원들이 예측한 전파와 정확히 일치하였다. 펜지어스는 프린스턴 대학교의 딕을 벨 연구소로 초대해 혼 안테나와 그를 통해 측정한 배경 잡음에 대해서 이야기하였다. 프린스턴 연구팀은 마침내 이 전파를 대폭발의 신호라고 해석할 수 있었다. 그들은 논문을 공동으로 작성하여 학회에 투고하였다. 프린스턴 연구팀인 딕과 그의 동료들은 대폭발과 연계되는 우주 마이크로파 배경의 중요성에 대해서 저술하였고, 펜지어스와 윌슨은 우주 마이크로파 배경의 존재와 발견에 대해서 저술하였다. 1978년에 펜지어스와 윌슨은 우주 마이크로파 배경을 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상하였다. 우주 마이크로파 배경의 정밀 관측[편집]펜지어스와 윌슨의 발견은 우주 마이크로파 배경의 존재를 입증하였고 우주 마이크로파 배경이 우주의 모든 방향에서 대략 같은 세기로 온다는 등방성을 알아냈다. 하지만 우주가 팽창하기 시작하여 은하나 별 그리고 다양한 화학 원소들이 생성되려면 우주 마이크로파 배경이 비등방성을 갖는다는 증거를 찾아야 했다. 초기 우주에서 아주 조그만 밀도 요동이라도 있어야만 이것이 어떤 특정한 구조로 진화할 수 있기 때문이다. 이를 위해 천문학자들은 더욱 정밀한 수준으로 우주 마이크로파 배경을 조사하기 시작하였다. 1970년대 초반의 관측은 1/100 차이까지 관측할 수 있었지만 우주 마이크로파 배경이 오는 방향마다의 파장 차이는 관측되지 않았다. 캘리포니아 대학교 버클리의 조지 스무디는 열기구와 록히드 U-2 정찰기를 통해 하늘 한쪽에서 오는 우주 마이크로파 배경이 반대쪽에서 오는 우주 마이크로파 배경보다 파장이 1/1000 정도 길다는 것을 측정하였다. 하지만 이 파장의 차이는 우주 마이크로파 배경의 차이가 아니라 지구 운동에 의한 도플러 효과로 나타나는 현상으로 밝혀졌다. 도플러 효과에 의한 영향을 제거하여도 열기구나 항공기를 이용한 고공관측은 엷은 대기층으로 인해 측정을 방해받고 있었기 때문에 비등방성을 검출하기 어려웠다. 인공위성을 이용하여 대기권 밖에서 관측하는 것이 유일한 방법이라는 것을 깨달은 스무디는 미국 항공우주국에 인공위성을 이용한 우주 마이크로파 배경 프로젝트를 제안하여 우주 마이크로파 배경 탐사선 프로젝트 COBE를 진행하였다. 1989년 11월 18일에 마침내 COBE를 실은 로켓이 발사되었다. 이듬해 COBE는 다양한 지점에서 우주 마이크로파 배경을 관측하여 스펙트럼 분포가 흑체 복사 특성과 완전히 일치한다는 것을 밝혀냈다. 또한 플랑크 법칙을 통해 우주 마이크로파 배경의 온도가 정확하게 2.728±0.002 K라는 것을 알아냈다. 하지만 1/3000 수준의 관측에서도 우주 마이크로파 배경의 파장 차이는 나타나지 않았다. 2년정도의 COBE 관측자료가 10−5 수준까지 축척되자 우주 마이크로파 배경의 변화가 감지되었다. 마침내 우주 마이크로파 배경의 미세한 온도 변화를 통해 초기 우주에 밀도의 파동이 있었음을 증명했다. 이 발견을 통해 대폭발은 은하의 형성을 설명할 수 있게 되었다. COBE 이후, WMAP과 플랑크 위성에 의하여 우주 마이크로파 배경이 더욱 정밀히 관측되었다. 각주[편집]
참고 문헌[편집]
외부 링크[편집]
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우주배경복사 온도 차이 - ujubaegyeongbogsa ondo chai
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