빅뱅이론에서 너무 많은 나선은하들

암흑물질은 은하 충돌을 일으킬 수 있는데, 이는 우리 은하와 같은 은하가 극히 드물어야만 함을 의미한다.

저자: Joshua Howells
번역자: 한국창조과학회 (creation.kr)

본(Bonn) 대학의 최근 연구에 의하면¹, 우리 은하처럼 ‘만기형’ 은하(‘late type’ galaxies)의 (아래 박스글 Galaxy Classification을 보라) 관측된 수는 표준 빅뱅 모델(standard big bang model, ΔCDM)이 예측하는 것과 다르다는 것이다.

Chegg.com

지구가 속해있는 우리 은하(Milky Way)는 국부 우주(local universe)의 대부분의 은하들과 마찬가지로 ‘만기형(late type)’ 은하이다.² 이들 은하는 회전하는 은하로서(별 운동은 대부분 원형), 항성들이 분산되어있는(별 운동이 무작위적인) 조기형(early type) 은하와 반대된다. 만기형 은하는 눈에 띄는 원반(disk)을 갖고 있다(그림 1 참조). 슬론 디지털 전천탐사(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)는 국부 은하들의 약 80%가 나선형(spiral) 또는 렌즈형(lenticular) 구조(즉, 만기형)임을 보여준다.

그러나 본 대학의 연구원들은 최근의 빅뱅에 대한 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션에서 만기형 은하들이 거의 생성되지 않는다는 것을 발견했다.

이것은 은하들이 많은 각운동량(angular momentum)을 잃어버린다는 것을 시뮬레이션이 보여주었기 때문이다. 시뮬레이션은 팽대부가 없는 원반은하를 만들 수 없음을 보여주었지만, 그러나 팽대부가 없는 많은 원반은하들이 관측되고 있다. 이것은 1990년대 이후 수많은 연구들에서 확인되었으며, ‘각운동량’ 문제(‘angular momentum’ problem)로 알려져 있다.

또 다른 주요 문제는 은하충돌(galaxy collisions)이다. 빅뱅 표준 모델에서, 모든 은하들은 분산된 별들과 암흑물질(dark matter)로 이루어진 후광(halo, 그림 1 참조)으로 둘러싸여 있다. 암흑물질은 전자기파(electromagnetic radiation)로 보이지 않지만, 그것은 물질들 및 그 자체와 약하게 상호작용하는 것으로 추정되고 있다. 그리고 은하들의 약 90%는 암흑물질이기 때문에, 이 가상의 후광은 근처의 은하를 중력으로 강하게 잡아당긴다.

커다란 은하는 은하의 구조에 큰 영향을 미치지 않고, 작은 은하를 흡수(병합)할 수 있다고 생각되고 있다.³ 그러나 병합되는 은하의 크기가 서로 비슷하다면(우리 은하와 안드로메다 은하와 같이), 생성된 별들의 원반은 상당히 두꺼워지고, 팽대부 구성물은 커져서, 종종 은하는 나선은하가 아닌 타원은하(elliptical galaxy)로 간주 될 것이다(그림 1 참조). 이것은 그 충돌이 원반 모양을 유지하는 데 필요한 각운동량을 감소시키기 때문이다.

현대 우주론에 대한 시뮬레이션은 병합이 매우 흔했어야만 했다는 것을 시사한다: 은하의 95%는 지난 100억 년 동안 병합을 겪어야 했으며⁴, 비슷한 후광 크기를 가진 은하들의 69%는 빅뱅이론의 우주 역사 동안에 적어도 한 번의 주요한 병합을 겪었어야 했다.⁵ 따라서 팽대부가 없는 원반은하들이 많이 관측된 것을 설명하기 어렵다. 그 은하들은 어떻게 그들의 각운동량을 유지할 수 있었는가?.

관측된 우주에서 만기형(나선형) 은하의 50%는 큰 병합으로 만들어진 팽대부를 갖고 있지 않다.⁶ 본 대학 연구자들은 관측된 우주가 빅뱅이 예측한 것과 너무 달라서, 빅뱅 표준 모델에서 관측된 은하가⁷ 생성될 수 있는 확률은 1.7×10^35 분의 1에(사실상 0) 불과하다는 것을 발견했다.

이것은 은하 병합의 역사가 정확하지 않거나, 즉 빅뱅 표준 모델이 부정확하거나(연구자들이 제안하듯이), 병합이 일어나기에 시간이 충분하지 않았든지 이다.

성경적 창조론자들은 두 가지 모두가 사실이라고 보지만, 본 대학의 연구자들은 자연주의적 세계관에 묶여 있기 때문에, 우주론의 빅뱅 표준 모델이 부정확하다고만 제안한다. 그들은 관측에 대한 더 나은 설명으로 수정 뉴턴 역학(Modified Newtonian Dynamics, MOND) 이론을 선호하고 있었다. 1983년에 처음 제안된 MOND 이론은 암흑물질의 필요성을 없애고, 따라서 빅뱅 표준 모델에서 많은 수의 은하 병합을 일으켰다는 암흑물질들 사이의 강한 중력적 인력을 제거한다.

MOND 이론도 자체 문제점들을 갖고 있다. 그러나 표준 빅뱅 모델은 여전히 주류 과학에서 지배적인 우주론 모델이다. 세속적 과학자들은 이 두 모델을 개선하기 위해 노력하고 있지만, 최근 평탄한 은하 회전 곡선(flat galaxy rotation curves)과 평탄한 원반 모양의 은하(flat disk-shaped galaxies)들의 풍부함을 더 잘 설명할 수 있는 성경적 우주론이 있다.

프린스턴 대학의 제임스 건(James Gunn)이 말했듯이, 모든 연구와 시뮬레이션에서 우주론은 역사과학(historical science)이라는 것을 기억해야 한다 : “과학의 기본 원칙은 반복적 실험이 가능하다는 것이지만, 우주론에서는 그렇게 할 수 없다.”⁸

은하 분류(Galaxy Classification)

astro.physics.uiowa.edu

천문학자 에드윈 허블(Edwin Hubble)은 은하의 형태에 기초하여 은하를 분류한 최초의 사람이었으며, 그는 다음과 같은 분류(빨간색은 초기 유형)를 고안했다.

1. 타원은하(Ellipticals, E)
2. 렌즈형은하(Lenticular, SO)
3. 나선은하(Spirals, S)
4. 막대나선은하(Barred Spirals, SB)
5. 불규칙은하(Irregulars, Irr).

허블 순차(그림 2)는 은하가 기본 형태에서 더 복잡한 형태로 진화했다는, 은하의 진화 순서로 생각됐었다. 따라서 타원은하는 조기형(early type) 은하로서, 나선은하 및 불규칙은하는 만기형(late type) 은하로 알려져 있다.

오늘날에는 은하가 진화했다면 (허블의 생각과 다르게) 오른쪽에서 왼쪽으로 진화하는 것으로 생각되고 있다.(그림 2). 그러나 조기형 및 만기형이라는 용어는 굳어져서 그대로 사용되고 있다.