시간이 팽창된 우주의 겉보기 나이.

구상성단에서 잃어버린 은하단내부매질이 가리키는 것은?

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저자: Ronald G. Samec
번역자: 한국창조과학회 (creation.kr)

창조론적 모델인 팽창된 시간 우주론(time dilation cosmologies)에서 (예를 들어 험프리와 하트넷의 주장과 같은), 지구가 1만 년보다 적은 기록된 역사(하나님의 시간)를 경험하는 동안, 멀리 있는 우주는 수백만 년, 어쩌면 수십억 년의 시간이 흘러갔을 수 있다.

이 모델에서, 가장 주요한 질문 중 하나는 ”우주의 특성을 나타내는 데에 필요한 최대 겉보기 나이(maximum apparent age)는 얼마인가?”라는 것이다. 과연 우리는 유럽우주국이 최근 플랑크 우주망원경으로 측정한 138.2억 년의 우주 나이를 받아들여야 하는가?^1,2 저자의 이전 논문에서 언급했던 (in the previous paper) 것처럼³, 천문학적 연대측정 틀은 태양의 나이를 45.7억 년이라고 가정함으로서 잘못된 것으로 보인다. 나는 이것을 태양 연대 조건(Solar Age Condition, SAC)이라고 부른다. 이 연대는 ‘원시 유성(primordial meteors)’의 방사성동위원소 연대측정으로부터 결정되었다. 오늘날 RATE 프로젝트의 결과물들(RATE results)은 이 연대를 완전히 부정하고 있다. 우리는 더 이상 진화론적 우주론 진영의 발표에 매일 필요가 없다.

그러므로 우리는 험프리의 나선형 은하의 감겨진 시간(spiral wind-up time)이나, 헬륨 확산속도(helium diffusion rates)와 같이 다른 자연의 측정 시계를 사용하기로 했다. 우리는 시간이 팽창된 우주의 겉보기 나이를 결정하기 위해서, 뉴턴의 궤도 주기, 빛의 속도, 그리고 다른 잘 알려지고 널리 관측되어 전 세계적으로 많은 과학자들에게 받아들여진, 물리적 속도나 주기와 같은 자연계의 표준 시계를 발견하고자 한다.

구상성단(Globular clusters, GCs)은 대략 1만 개에서 수백만 개에 이르는 별들이 공 모양으로 뭉쳐 있는 많은 별들의 집단이다. 구상성단은 태양계의 혜성의 궤도처럼, 무작위적인 경사각(inclinations)과 이심률(eccentricities)을 가지고 은하계를 돌고 있다. 북반구에 있는 구상성단의 가장 좋은 예는 헤라클레스자리(constellation of Hercules)의 주춧돌성군(Keystone asterism)에 위치한 M13이다.[그림 1] 훨씬 더 큰 구상성단은 오메가센터우리(Omega Centauri)로 표시되는 남쪽 하늘에서 발견되는데, 이 성단은 하나의 별로 육안으로도 보인다.

도표: Bill Snyder

구상성단은 우주에서 공 모양으로 분포되어 존재하고, 광륜(Halo)이라고 불린다. 구상성단은 붉은색(높은 색지수, high colour index)이고, 빠른 속도의 항성종족 2 (high-velocity population II or ‘POP II’) 개체군의 천체이다. Population II 천체에는 구상성단 외에, 신성(novae), RR형 변광성(RR Lyrae stars), 적색거성(red giants) 등이 포함한다.

그 천체들은 은하 원반을 이루고 있는 Population I 천체들처럼, 먼지 및 가스와는 관련이 없다. 그 천체들은 1%보다 낮은 ‘금속성(metalicity)’을 가진다. Population I 과 II의 천체들은 그 궤도에서 차이가 난다. Population I 천체는 원반(disk)을 이루는 천체이다.(그림 2)

구상성단은 나선은하와 타원은하의 사진에서 쉽게 보여지는데, 은하에서 반딧불이처럼 우글우글 대는 별들의 이미지로 나타난다. 물론, 각각의 별은 먼 거리로 인해 보이지 않지만, 수천 개의 별들이 밀집되어 있는 구상성단은 잘 보인다. 이러한 관측은 그 별들이 특별한 천체 집단이라는 것을 보여준다. 그들은 먼지와 가스들로 된 은하단내부매질(intracluster medium, ICM)을 가지고 있지 않다.

한 주요 문제점은 쉽게 확인된다. 각각의 별들은 나이를 먹음으로써, 먼지와 가스의 항성풍(stellar winds)을 발산한다.

그러므로 구상성단과 그들의 ‘쌍둥이’인, 모 은하와 같은 궤도를 가지는 소형 타원 은하는 이 항성풍으로부터 먼지와 가스를 지속적으로 축적시켰을 것이다. 그러므로 은하단내부매질(ICM)은 성단 내에 많이 축적되어 있어야만 한다. 그러나 두 천체들은 모두 Population II 천체이다. 여기서 물리적 불일치가 발생한다. 이들 성단은 밀집된 은하 원반과 교차함으로서, 규칙적으로 그들의 은하단내부매질을 정화시킨다고 가정되고 있다. 모어와 빌스틴(Moore and Bildsten)에 의하면, “은하단내부매질을 청소하는 가장 강력한 메커니즘은 원반 횡단(disk crossings) 동안의 램압 벗기기(ram pressure stripping)”라는 것이다.⁴ 이것은 구상성단이 Population II 천체로 남아있게 하는 일차적 수단으로써 제안되었다. 그러나 이러한 평면 통과(plane passage)는 거의 10^8~10^9년에 한 번씩 일어난다! 여기서 우리의 예측은 잘 알려진 뉴턴/케플러 궤도 공식으로부터 추론된 것이다.

P는 궤도 주기를 나타내고, a는 궤도 반장축을 나타내고, M은 중심질량을 나타낸다. 이것으로부터, 우리는 횡단(crossings)이 너무 멀고, 사이가 거의 없음을 발견했다. 원반 횡단이 일어나는 기간 사이에, 은하단내부매질은 축적되고, 평균적으로 은하 구상성단들의 대부분은 많은 양의 먼지와 가스를 가지고 있어야만 할 것이다. 이것은 그들의 Population II 상태와 불일치한다! 이 관측이 우리에게 시사해주는 바가 무엇인가? 적외선 스피처망원경 관측은 먼지 질량의 상한 값이 Population II 천체들에서 예상되는 값보다 10~100배나 낮음을 보여주었다.^5,6 모어와 빌스턴은 이 문제를 이렇게 요약했다.

“은하 구상성단에서의 은하단내부매질(ICM에 대한 관측은, 은하면 횡단 시간 동안에 항성풍의 축적으로부터 예상되는 것과 비교했을 때, 은하단내부매질 질량의 체계적인 결핍을 보여준다.”

구상성단은 관측되는 양보다 훨씬 높은 농도의 먼지와 가스가 축적되어 있어야만 했다. 구상성단에서 잃어버린 은하단내부매질은 어디에 있는가? 모어와 빌스턴은 이 주요한 문제를 또 다른 가정을 통해서 해결해보려고 노력했다. 그것은 구상성단의 은하단내부매질은 성단 내에 있던 고전 신성(classical novae)의 폭발로 유출되어 잃어버렸을 것이라고 가정했던 것이다.

고전 신성이란 무엇인가?

고전 신성(classical nova)은 한 백색왜성(white dwarf)과 백색왜성 쪽으로 가스(수소)를 흘려보내고 있는, 임계표면(로슈엽(Roche lobe)으로 불림)으로 가득 찬 한 정상적 항성이 짝을 이루고 있는 연성(binary star)이다. 가스는 나선모양으로 흐르고, 가스 원반(disk)을 만든다. 원반의 밀도가 상승함에 따라, 가스의 흐름은 빽빽해진 원반과 충돌하고, 고온의 열점(hot spot)을 만든다. 결국 안쪽의 원반은 가스를 백색왜성 표면으로 방출하게 되고, 수소 가스는 그 위에 축적된다. 압력이 증가함에 따라, 가스의 온도는 올라가고, 수소는 열핵폭주 반응(thermonuclear runaway)을 점화시켜, 신성 폭발이 일어난다. 이것은 1,000km/s에 달하는 빠른 가스의 유출을 발생시킨다.

도표: Bill Snyder

구상성단에서 신성 폭발의 발생주기는 일정하지 않고, 잘 알려지지도 않고 있는데, 모어와 빌스턴은 성단에서 20/year/10^11 태양질량의 비율로 가정했다. 추후 연구에 의하면, 더 커다란 성단은 신성 폭발들 사이 은하단내부매질의 사라짐에 기인하여, 청소 문제가 생길 것을 보여줬다. 그들의 청소 메커니즘은 질량이 적은 구상성단에서는 잘 적용되는 것처럼 보인다. 그들은 “은하단내부매질을 제거하는 강력한 메커니즘은 1a형 초신성(Type Ia Supernovae)이다.”라고 희망적으로 말했다. 물론 우리는 여기서 초신성이 아니라, 신성에 대해서 논의하고 있었다! 초신성(Super novae)은 신성보다 11자릿수나 밝으며, 10,000km/s로 물질을 분출한다. 분명히 초신성 폭발은 그 일을 도울 수는 있겠지만, 정말로 매우 매우 드물다! 초신성은 모어와 빌스턴이 가정했던 비율보다 500배 더 드물다.

최근에 구상성단에서 1a형 초신성의 빈도에 대한 연구에서, 단 하나의 SN1a 초신성도 고대에 관측된 36개의 성단 중 어떤 것에서도 발견되지 않았다!⁶

창조론적 관점

만약 은하단내부매질이 예상되는 양보다 1/10~1/100배나 적게 관찰되고, 은하면 횡단이 10^8~10^9년에 한 번씩 일어난다면, 우리는 구상성단 나이의 한계치는 단지 10^6~10^8 년에 불과할 것이라고 예측할 수 있다. 이것은 ‘나선 팔’의 감겨짐(나선 형태를 잃어버림)을 통해 나선은하에서 예측되었던 겉보기 나이(시간 팽창)과 유사하다.(험프리의 논문을 보라.⁷) 이것은 세속적 우주론자들이 주장하고 있는 우주의 나이인 138.2억 년보다 훨씬 적은(1/100~1/10,000) 연대이다. 더 쉬운 설명은 성단은 많은 양의 은하단내부매질을 축적시킬 만큼 오랜 시간 동안 궤도를 돌지 않았다는 것이다. 우리는 우주의 나이가 젊다는, 그리고 실제적 ‘지구의 시간’은 7000년이 되지 않았다는 많은 증거들을 가지고 있다. 우주의 나이가 젊다면, 구상성단은 예측되는 은하단내부매질 양의 단지 1/1,000~1/10,000 만을 가지고 있을 것이다. 그래서 그들은 Population II 상태를 꽤 잘 유지하고 있는 것이다.⁸

이 관측 사실과 성경 말씀에 의하면, 우주의 나이는 세속적 우주론자들이 가정하고 있는 ‘천문학적’ 나이보다 훨씬 적다.⁹ “이는 엿새 동안에 나 여호와가 하늘과 땅과 바다와 그 가운데 모든 것을 만들고 일곱째 날에 쉬었음이라”(출애굽기 20:11장)