지난 달에 블로그 게시물을 보셨을 것입니다. 올려다봐! 가깝고도 먼 우주를 탐험하다 . 우리는 베스트셀러 작가이자 교수이자 이론 천체물리학자를 소개하게 되어 기뻤습니다. 케이티 맥 박사 , 관측 천체 물리학자이자 교수, JJ 박사. 헤르메스 , Statistically Speaking의 2022년 첫 번째 에피소드입니다. 우리는 청중들로부터 너무 많은 훌륭한 질문을 받았기 때문에 그들 모두를 얻을 수 없었습니다. Mack 박사와 Hermes 박사는 이 블로그 게시물에서 이러한 질문 중 일부에 대한 답변에 친절하게 동의했습니다.
우주 마이크로파 배경의 변동을 일으킨 원인에 대한 이론이 있습니까?
맥 박사: 우주 마이크로파 배경(처음 380,000년 동안 우리 우주를 가득 채운 원시 플라즈마의 모습을 제공하는 관측 가능한 우주의 가장 먼 곳에서 오는 빛)은 거의 완전히 균일합니다. 밝게 빛나는 플라즈마의 온도(또는 밀도)의 변동은 100,000분의 1 수준에 불과합니다. 그러나 이러한 작은 변동은 중요합니다. 느린 중력 붕괴를 통해 원시 플라즈마 밀도의 작은 순간이 결국 오늘날 전체 은하단으로 성장했습니다.
이러한 변동이 어디에서 왔는지에 대한 몇 가지 이론이 있습니다. 가장 두드러진 이론은 우주 팽창 이론입니다. 아주 초기의 우주가 짧은 시간 동안 극도로 빠르게 팽창하는 과정과 그 팽창을 주도하는 장의 양자 변동을 통해 우주의 에너지 밀도에 작은 변화가 나타났습니다. . 우주가 더 편안한 속도로 계속 성장했을 때, 그 작은 밀도 블립도 함께 커졌습니다. 이 과정은 우주 전체에 걸쳐 그러한 일시적인 분포에 대한 우리의 관찰과 일치하는 것처럼 보이지만 인플레이션이나 다른 과정이 가장 좋은 설명인지에 대한 물리학 커뮤니티의 논쟁은 여전히 있습니다.
열사병이 우주 종말 시나리오일 가능성이 가장 높은 이유는 무엇입니까?
맥 박사: 우리는 우주가 어떻게 끝날지 확실히 모릅니다. 우리가 할 수 있는 최선은 현재의 관찰에서 추정하는 것입니다. 최상의 이론이나 모델을 사용하여 현재 가지고 있는 데이터를 현재 우리와 같은 우주가 미래에 어떻게 진화할 것으로 예상하는지 연결하는 것입니다. 우리는 우주가 팽창하고 있다는 것을 멀리 있는 은하에 대한 관찰을 통해 알고 있습니다. 오랫동안 천문학자들은 팽창이 영원히 계속될 것인지, 아니면 언젠가는 역전하여 우주가 다시 수축할 것인지를 결정하려고 노력해 왔습니다. 아직 확실하게 말할 수는 없지만 확장이 가속화되고 있고 수십억 년 동안 지속되어 왔기 때문에 전환이 일어나지 않을 가능성이 있다고 말할 수 있습니다. 팽창을 가속화하는 원인이 무엇이든(우리는 이를 "암흑 에너지"라고 부릅니다) 미래의 진화를 주도하는 우주의 가장 중요한 구성 요소인 것 같습니다. 우리의 우주론적 모델은 팽창이 가속화되는 한 우주는 결국 매우 차가워지고 공허해질 것이며 물질과 방사선은 점점 더 확산될 것이라고 말합니다. 그러한 우주는 필연적으로 열사(Heat Death)를 향해 진화합니다. 우주에 남은 것은 발생한 모든 천체 물리학적 과정의 "폐열"뿐이며, 모든 물리적 시스템에서 발생하는 느린 쇠퇴에서 스스로 타서 썩어가는 것입니다. 떨어져 있는.
우주의 종말 이후에 어떤 일이 일어날지에 대한 생각이 있습니까? 또 다른 우주가 시작될 것인가 아니면 이야기의 끝인가?
맥 박사: 내가 우주의 "끝"에 대해 이야기할 때, 내가 의미하는 것은 관찰 가능한 우주의 모든 물체나 구조가 어떤 식으로든 파괴되는 과정입니다. 열사병과 같은 것이 수조 년에 걸쳐 천천히 붕괴함으로써 그것을 달성할 것입니다. 진공 붕괴와 같은 과정은 훨씬 더 갑작스럽고 폭력적일 것입니다. 어쨌든, 궁극적인 파괴 과정이 발생한 후에 어떤 일이 일어나는 것을 포함하는 가능성이 있지만 그렇지 않은 가능성도 있습니다. 우주에 있는 모든 것의 끝이 시공간 자체를 끝내는 것은 아닙니다. 우주가 파괴된 후에 새로운 빅뱅이 일어날 가능성이 몇 가지 있습니다(그 중 일부는 내 책에서 논의함). 우리가 암흑 에너지에 대해 잘못 알고 미래에 그 성질을 극적으로 바꿀 수 있는 것으로 밝혀지면 우주가 스스로 붕괴하는 빅 크런치로 이어질 수 있습니다. 이것이 반드시 새로운 빅뱅으로 이어지지는 않겠지만, 붕괴하는 우주가 다시 "반환"되는 몇 가지 특별한 모델이 있습니다. (그들은 원래의 빅 크런치 아이디어보다 더 투기적인 모델입니다.) 히트 데스 이후에 새로운 빅뱅이 발생할 수 있다는 제안도 있었습니다. 그리고 그 너머에도 우주 진화가 완전히 다른 방식으로 일어날 수 있는 관측 가능한 우리 우주의 가장자리를 훨씬 넘어 공간 영역이 있는 다중 우주 모델이 있습니다.
많은 물리학자들이 이러한 생각을 조사하고 있으며, 종종 우리 우주가 일종의 이전 주기가 끝난 후에 왔을 가능성에 대한 단서를 찾기 위해 우리 우주의 기원을 살펴봅니다. 하지만 아직 확실한 답은 없습니다.
표준 모델에서 중력과 관련된 입자는 무엇입니까?
맥 박사: 입자 물리학의 표준 모델에는 중력과 관련된 입자가 포함되어 있지 않습니다. 이것이 우리가 그것이 불완전하다는 것을 알고 있는 이유의 일부입니다! 중력에 대한 우리의 가장 좋은 이해는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 나옵니다. 그 이론은 중력이 다른 힘과 같은 의미의 "힘"이 아니라 실제로 공간 자체의 곡률의 결과라고 제안합니다. 그것은 아름다운 이론이지만, 전자기학 및 표준 모델의 핵력과 같은 자연의 다른 힘과 함께 우리의 틀에 쉽게 맞지 않습니다. 그것들은 모두 양자 역학(더 정확하게 말하면 양자장 이론)을 기반으로 하며 기본 힘의 힘 운반자 역할을 하는 게이지 보존(gauge boson)이라는 입자를 포함합니다. 중력과 양자 역학을 결합하려는 탐구는 지난 100년 동안 이론 물리학에서 가장 중요한 프로젝트 중 하나였습니다. 끈 이론은 중력과 양자 역학을 통합하는 궁극 이론의 상을 받기 위한 주요 경쟁자 중 하나이지만 완전히 받아들여지지도 않고 실험적으로 검증되지도 않았습니다. 어쨌든, 양자 중력 이론은 일반적으로 중력자(graviton)라고 불리는 중력을 운반하는 가상의 입자를 포함합니다. 중력자는 감지되지 않았지만 실제로 존재한다면 이에 대해 약간 알 수 있는 관측 결과가 있습니다. 예를 들어, 중력이 존재한다면 중력의 효과는 빛의 속도로 이동하고 따라서 중력을 운반하는 것은 무엇이든 반드시 그래야 하고 질량이 없는 입자만이 그렇게 할 수 있기 때문에 중력이 존재하지 않으면 질량이 없어야 한다는 것을 우리는 압니다. 그러나 이 가상의 중력자가 표준 모형보다 더 크고 더 완전한 이론에 정확히 어떻게 들어맞을지는 아직 결정되지 않았습니다.
내가 우리와 시간이 다른 별 중 하나에 서 있다면 우주가 똑같아 보일까요?
맥 박사: 우리가 말할 수 있는 한 우주에는 끝이 없습니다. 우리가 우주에서 볼 수 있는 거리에는 한계가 있으며, 이는 우주가 존재한 기간에 따라 결정됩니다. 본질적으로, 너무 멀리 떨어져 있어서 그 빛이 우리에게 도달하는 데 우주의 나이(138억 년)보다 더 오래 걸리는 것이 있다면, 그것은 우리가 관찰할 수 있는 우주의 가장자리를 넘어선 것입니다. 그래서 우리는 훨씬 더 큰 공간에서 일종의 거품 속에 살고 있습니다. 그 거품은 원칙적으로도 볼 수 없는 거리로 정의됩니다. 우리는 실제 물리적인 가장자리 또는 다른 장소에서 공간이 어떤지에 대한 극적인 변화의 증거를 보지 못합니다. 지구에 서 있을 때의 수평선과 같은 관점의 문제일 뿐입니다. 지금 당신이 어디에 서 있든, 수평선은 당신이 볼 수 없는 당신 주위의 원을 정의합니다. 그 원은 당신이 어디에 있는지에 따라 다르며 지구의 곡률에 의해 결정되지만 몇 마일 떨어진 곳으로 이동하면 수평선이 다른 원을 그릴 것입니다. 우주에서도 같은 생각입니다. 우리로부터 100억 광년 떨어진 은하는 어떤 종류의 가장자리에도 가깝지 않습니다. 자신을 중심으로 관측 가능한 자체 우주 거품이 있으며 우리가 볼 수 없는 우주의 일부를 볼 수 있습니다. 우리가 말할 수 있는 한, 넓은 붓놀림으로 우주는 우리가 보는 모든 곳에서 거의 동일합니다. 그래서 아마도 그 먼 은하에서 누군가가 그들 주변에서 보는 것(은하의 분포, 우주의 물질의 일반적인 구조 등)은 우리가 여기에서 보는 것과 많이 비슷할 것입니다.
어떤 것이 별 앞을 지나갈 때 그것이 눈앞에 있는 작은 물체인지 별에 매우 가까운 거대한 물체인지 어떻게 판단할 수 있습니까?
헤르메스 박사: 별은 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 실제로 표면을 거의 확인할 수 없으므로 모든 별은 탐지기에서 동일한 영역을 커버합니다! 따라서 행성이 별 앞을 지나가고 있는지 별에 정말 가깝거나 멀리 떨어져 있는지는 중요하지 않습니다. 행성의 영역은 항상 호스트 별과 동일한 양의 영역을 차단하고 동일한 깊이의 행성 통과를 유발합니다. . 이것은 일을 조금 더 쉽게 만듭니다.
그러나 당신의 질문은 우리가 가지고 있는 복잡한 문제에 이르게 됩니다. 그것이 작은 별 앞을 지나가는 작은 행성인지 아니면 큰 별을 가로질러 그림자를 드리우는 큰 행성인지 어떻게 알 수 있습니까? 이것은 천문학에서 거의 항상 문제입니다. 작고 가깝습니까, 크고 멀습니까? 우리가 별의 크기(반지름)를 결정할 수 없다면 작은 별 앞을 지나가는 작은 물체와 큰 별 앞의 큰 물체를 구별할 수 없습니다! 다행히도 우리는 별의 거리를 결정하고 이를 사용하여 관측된 밝기와 일치하는 데 필요한 반경을 추정하거나 일부 특별한 경우에는 별의 반경에 대한 추정치를 개선하기 위해 스타퀘이크를 사용하여 별의 반경을 결정할 수 있는 매우 신뢰할 수 있는 방법을 가지고 있습니다. 우리는 일반적으로 별의 반경을 측정할 수 있으며, 따라서 외계 행성은 몇 퍼센트의 불확실성까지 측정할 수 있습니다.
뜨거운 목성은 꽤 많습니다. 적색 거성 단계에서 그들의 운명은 어떻게 될까요?
헤르메스 박사: 뜨거운 목성은 우리 태양계의 수성보다 몇 배나 가까운 호스트 항성에 매우 가깝게 공전하는 거대한 행성이기 때문에 발견된 최초의 행성 중 일부입니다. 우리가 현재 알고 있는 뜨거운 목성은 호스트 별이 거대한 항성으로 진화하면서 살아남지 못할 것이 거의 확실합니다. 사실, 거성 주위의 거성 행성을 찾으려고 노력하는 여러 연구원이 있으며, 지난 달에 그들은 머지않아 자신의 항성에게 삼켜질 운명의 행성 집합을 발표했습니다.
https://keckobservatory.org/doomed-planets .
