암흑 에너지, 또 다른 빅뱅 유발 가능

암흑 에너지의 본질을 정의하려는 연구에서 물리학자들은 우주 팽창이 항상 그러한 것은 아니라는 것을 발견했다.

그들은 암흑 에너지가 주기적으로 “켜졌다 꺼졌다” 할 수 있으며, 때로는 우주를 성장시키고 때로는 새로운 빅뱅이 발생하고 새로운 우주가 탄생하기에 적합한 조건이 될 때까지 우주를 축소할 수 있다고 말한다.

우주는 현재 팽창 단계를 경험하고 있다. 우주는 지나가는 순간마다 더 빠르게 커지고 있다. 우주론자들은 그들이 암흑 에너지라고 부르는 이 가속의 원인을 이해하지 못한다. 이 가속이 지속되면 우리 우주는 결국 모든 물질과 방사선이 산산조각 나면서 망각 속으로 확장될 것이다.

이것은 폭주 성장의 첫 번째 기간이 아닐 것이다. 빅뱅 초기 순간에는 에너지와 밀도가 너무 극단적이어서 기존 물리학이 대처할 수 없었다. 수학이 무너지는 무한 밀도 지점인 특이점을 예측한다. 그 후, 우주는 팽창이라는 믿을 수 없을 정도로 급속한 확장 기간을 경험했다. 이 역시 제대로 이해되지 않았다.

천문학자들은 오랫동안 이 두 단계의 가속 팽창(빅뱅 초기와 현재 시대)이 서로 연결되어 있는지, 그리고 두 단계를 모두 추진하는 특이한 존재가 빅뱅의 문제를 피할 수 있는지 궁금해했다.

이에 이론물리학자들은 7일 arXiv에 암흑 에너지가 항상 역할을 해온 우주 모델을 조사한 연구를 발표했다. 이전 연구는 우주 팽창을 추진하기 위해 다양한 시간에 암흑 에너지가 “켜지는” 것을 모델링했지만, 새로운 연구는 물질과 방사선을 포함하는 보다 현실적인 모델을 제안한다.

그들은 암흑 에너지가 빅뱅 특이점을 피하고 팽창을 일으키며 후기 우주를 가속화할 수 있는지 확인하고 싶었다. 초기 특이점을 피하기 위해 우주는 무한 밀도 지점에서 시작할 수 없다. 대신, 우리가 살고 있는 우주는 반복되는 “빅 바운스”의 무한 시리즈 중 하나여야 한다.

이 시나리오에서 암흑 에너지는 우주가 특정 크기에 도달할 때까지 우주를 움직인다. 그러나 그때 암흑 에너지가 스스로를 변형시켜 우주를 강제로 수축시킨다. 그런 다음 우주는 큰 위기를 겪지만 무한 밀도 상태에 도달하기 직전에 암흑 에너지가 다시 돌아서 엄청나게 빠른 인플레이션 기간을 주도하고 새로운 주기를 시작한다.

연구원들은 세 가지를 수행하는 암흑 에너지 모델을 발견했다. 그러나 결정적으로 물질과 방사선은 급격히 팽창하는 초기 우주에 존재할 수 없었다. 대신 물질과 방사선은 암흑 에너지의 일부가 붕괴되어 우주의 빛과 물질을 생성하며 팽창 직후에 나타나야 했다.

처음에는 성공했지만 연구원들은 항상 동일한 결과를 가져올 수 있는 일반적인 종류의 암흑 에너지 모델을 찾을 수 없었다. 대신 그들은 정확한 결과를 얻기 위해 양자 역학이 예측하는 것보다 현재의 가속 팽창에 대해 더 작은 값을 인위적으로 입력해야 했다.

이 새로운 연구는 유망한 방향을 가리키며 이와 같은 모델을 추가로 탐색할 수 있는 실행 가능한 플랫폼을 제공한다. 먼 미래에는 암흑 에너지가 다르게 행동할 수 있다.