올 들어 세계 천문학계에 지각변동이 일어나고 있다.

우주의 나이는 얼마인가? 우주는 무엇으로 이루어져 있나? 미래에 우주는 어떻게 될까? 이런 기본적인 질문에 우물쭈물해왔던 천문학자들이 요즘 자신 있는 대답을 내놓기 시작했다. 지상 150만km 상공에 떠 있는 위성 WMAP가 맹활약하면서 우주의 수수께끼를 풀어내고 있기 때문이다.

미항공우주국이 2001년 6월 발사한 이 위성은 우주의 모든 방향에서 오는 우주배경복사를 관측하고 있다. 우주배경복사는 빅뱅(big bang)이 일어나고 38만년 뒤 물질과 빛이 처음 분리될 때 나온 ‘태초의 빛’이다. 이 빛은 빅뱅의 잔해로 여태까지 남아 절대온도 2.73도로 우주를 가득 채우고 있다.

WMAP 위성은 우주배경복사가 얼마나 적색편이가 됐는지 측정했다. 적색편이란 어떤 물체가 멀어질 때 물체가 내는 빛이 원래의 빛보다 붉어지는 현상이다. 멀어져가는 기차의 기적소리가 원래 음보다 낮아지는 것과 같은 원리다. 적색편이를 관측하면 태초부터 현재까지 우주의 팽창속도를 알 수 있다.

천문학자들은 관측자료를 종합해 시간이 흐를수록 우주의 팽창속도가 빨라지고 있다는 사실을 확인했다. 현재의 우주 팽창속도는 1메가파섹(약 300만 광년) 당 초속 71km다. 팽창속도로 우주의 나이도 정확히 계산했다. 그동안 천문학자들은 우주의 나이를 100억∼150억년으로 어림잡아 왔으나 이번에는 137억년(오차범위 2억년)이라는 결론에 도달했다.

한편 우주의 미래에 대해서는 2개의 유력한 시나리오가 있었다. 우주가 지금처럼 팽창하다가 결국은 다시 수축해 한 점으로 돌아간다는 빅 크런치(big crunch) 시나리오와 영원히 지금의 속도로 팽창한다는 시나리오였다. 그런데 이도 저도 아니고 팽창속도가 빨라진다는 결론에 이르게 된 것이다.

우주의 팽창이 빨라지는 것은 중력과는 반대 방향의 힘인 ‘암흑에너지’가 우주를 잡아당기고 있기 때문이다. 암흑에너지는 2년 전 존재가 확인됐으나 전혀 정체를 모르는 상태다. 하지만 WMAP 위성은 우주의 73%가 암흑에너지로 이루어져 있고 23%가 암흑물질이라는 것을 밝혀냈다. 밤하늘의 별이나 행성처럼 원자로 이루어진 물질은 우주 전체의 4%에 불과했다.

그동안 천문학자들은 우주의 90% 이상이 암흑물질이고 중성미자를 유력한 암흑물질로 생각해왔다. 그러나 위성관측을 통해 중성미자는 우주의 0.76% 미만인 것으로 밝혀졌다.

서울대 박창범 교수(천문학)는 “WMAP 위성의 관측결과는 천문학이 이루어낸 가장 중요한 진전 가운데 하나”라고 말한다. 그는 “우주가 팽창을 해도 암흑에너지는 단위 부피당 에너지가 늘 그대로 있지만 물질이나 빛은 우주가 팽창하면서 단위 부피당 에너지가 줄기 때문에 우주가 가속 팽창하는 것”이라고 설명한다.

브레이크 없는 자동차처럼 우주가 가속 팽창하면 우주의 운명은 어떻게 될까? 미국 다트머스대 로버트 칼드웰 교수와 캘리포니아공대 연구팀은 이렇게 팽창이 빨라지면 220억년 뒤에는 우주가 산산조각이 나 결국 ‘빅 립(big rip)’으로 최후를 맞을 것이라는 논문을 최근 발표했다. 립이란 찢어진다는 뜻이다.

칼드웰 교수는 “빅 립 6000만년 전에는 은하가 해체되고, 3달 전에는 태양계에서 행성이 떨어져나가며, 30분 전에는 지구가 폭발하고, 마지막 순간에는 원자마저 조각날 것”이라고 밝혔다. 아직은 시나리오에 불과하지만 정말 이렇게 된다면 우주는 다시 티끌로 되돌아 가게 되는 셈이다.

신동호 동아사이언스기자 dongho@donga.com