한국의 천문학자 팀이 우주 팽창이 '가속'이 아닌 '감속' 국면에 접어들었을 가능성을 제기했다. 지금까지 25년 넘게 받아들여져 온 '암흑에너지(dark energy)' 주도의 가속 팽창 이론에 근본적인 의문을 제기하는 연구 결과다.

연세대학교 이영욱 교수 연구팀은 최근 영국 왕립천문학회 학술지 '먼슬리 노티시스 오브 더 로열 애스트로노미컬 소사이어티(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)'에 게재된 논문을 통해 "현재 우주는 이미 감속 팽창 단계에 들어섰다"며 "암흑에너지는 시간이 지남에 따라 훨씬 빠르게 진화한다"고 밝혔다.

연구팀은 그동안 '우주 팽창의 표준 촛불'로 사용돼 온 Ia형 초신성이 모항성의 나이에 따라 밝기가 체계적으로 달라진다는 점을 지적했다. 젊은 항성 집단에서 폭발한 초신성은 상대적으로 어둡고, 오래된 집단에서는 더 밝게 보이는 편향(age bias)이 존재한다는 것이다.

연세대 연구팀은 300개 은하를 대상으로 이 효과를 99.999%의 신뢰도로 검증했고, 이 편향을 보정하자 초신성 데이터는 더 이상 기존의 ΛCDM(람다-CDM) 우주모형과 일치하지 않았다. 대신 "암흑에너지가 시간에 따라 변한다"는 모형이 훨씬 정확히 부합했다.

이는 우주가 여전히 가속 팽창 중이라는 기존 인식과 달리, 이미 감속기에 진입했음을 시사한다. 이영욱 교수는 "이 결과가 확인된다면 암흑에너지 발견 이후 27년 만의 우주론적 패러다임 전환이 될 것"이라고 말했다.

이번 결과는 미국 애리조나 투손의 DESI(암흑에너지 분광장비) 프로젝트가 제시한 '시간에 따라 진화하는 암흑에너지' 가설과도 맥을 같이한다. DESI는 우주 초기의 음향 진동(BAO)과 우주배경복사(CMB) 데이터를 통해 암흑에너지의 세기가 일정하지 않음을 시사한 바 있다.

연세대 팀은 이러한 편향 보정 후 초신성 데이터와 BAO·CMB 분석을 결합했을 때, 표준 ΛCDM 모형이 '압도적 통계적 유의성으로 기각됐다'고 밝혔다. 즉, 우주는 더 이상 가속하지 않으며 이미 팽창 속도가 늦춰지고 있다는 것이다.

공동 연구자 정철 연구교수와 박사과정 손준혁 연구원은 "현재 진행 중인 '진화 없는(evolution-free)' 검증 실험에서도 같은 결론이 나타나고 있다"며 "향후 칠레 안데스산맥의 베라 루빈 천문대(Vera C. Rubin Observatory)가 2만 개 이상의 초신성 모은하를 관측하면, 훨씬 정밀한 검증이 가능할 것"이라고 전망했다.

루빈 천문대는 세계에서 가장 강력한 디지털 카메라를 갖춘 시설로, 올해부터 본격적인 관측에 들어갔다. 이번 연구는 향후 다가올 초신성 관측 데이터와 결합될 경우, 암흑에너지의 본질과 우주의 미래를 규명하는 데 결정적 단서를 제공할 것으로 기대된다.