[더밸류뉴스=이다윤 기자]

세종대(총장 배덕효) 물리천문학과 채규현교수가 장주기 쌍성의 궤도운동에서 뉴턴역학이 붕괴한다는 결정적 증거를 얻었다.

이번 연구 결과는 중력이 약해질 때 뉴턴역학이 붕괴한다는 직접적인 증거로서 300여 년 지속된 뉴턴역학뿐만이 아니라 100여년 지속된 일반상대성이론이 수정되어야 함을 의미한다. 일반상대성이론에 기초한 빅뱅우주론도 수정돼야 함을 의미하며, 뉴턴역학과 일반상대성이론에 의해서 요구되는 많은 양의 암흑물질이 우주에 더 이상 필요치 않음을 의미한다. 

세종대는 이번 연구 결과에 대해 지난 24일 미국 천문학회에서 발간하는 천체물리학저널(The Astrophysical Journal)에 온라인으로 공개됐다(논문 제목: Breakdown of the Newton-Einstein Standard Gravity at Low Acceleration in Internal Dynamics of Wide Binary Stars)고 밝혔다.

세종대 물리천문학과 채규현 교수. [사진=세종대]

채 교수는 미국의 하버드대학교의 카림 엘바드리(Kareem El-Badry) 박사의 도움을 받아 650광년 이내의 2만 6500여 개의 장주기 쌍성에 대한 유럽항공우주국의 가이아(Gaia) 우주망원경의 최신 데이터를 사용했다. 이는 쌍성에 대한 현존하는 가장 규모가 크고 정밀한 데이터이다.

중력의 속성을 테스트하기 위해서 채 교수는 쌍성이 경험하는 가속도를 두 별 사이의 거리, 즉 궤도의 크기에 따라서 계산하고, 이를 뉴턴역학의 예측과 비교했다. 궤도의 크기가 클수록 공전 주기는 길어지며 중력 가속도의 크기는 약해진다. 따라서, 가속도가 약해질 때 중력의 성질이 어떻게 변하는지를 밝힐 수 있다. 분석 결과는 뉴턴의 만유인력의 법칙을 붕괴하는 놀라운 결과를 얻었다.

장주기 쌍성으로 중력을 테스트하려는 시도는 지난 10여 년 동안 여러차레 있었으나 결정적인 결과는 얻지 못했다. 채 교수는 중력이 가속도임에 주목하고 쌍성이 경험하는 가속도를 정확하게 계산하는 새로운 파이썬 코드를 개발했고, 이 코드에 의해서 이번 결과를 얻을 수 있었다. 장주기 쌍성이 중력테스트에 중요한 이유는 은하나 우주론 데이터에 의한 테스트와 달리 직접 검출된 적이 없지만 가정되고 있는 암흑물질 개념과는 무관하게 중력을 테스트 할 수 있다는 점이다.

이번 발견과 향후 전망에 대해서 밀그롬은 “이번 결과는 최첨단 데이터를 매우 세심하고 주의 깊게 분석해 얻어진 것이다. 이 결과의 파급효과는 매우 정말로 지대하다. 따라서 향후 (가급적 새로운 향상된 데이터를 통해서) 독립적으로 검증하는 것이 중요하다. 앞으로 이번 발견이 검증되고 특히 MOND의 예측과 일치하는 것이 확인된다면, 이는 천체물리, 기초물리학, 우주론 전반에 가늠하기 힘든 영향을 미치게 될 것”이라고 말했다.

채 교수는 불과 몇 년 전까지 자신이 그랬었던 것처럼 세계가 이 결과를 받아들이기 쉽지 않을 것임을 이해한다며 “앞으로 장주기 쌍성과 다른 데이터를 통한 중력테스트를 계속할 것이다. 지구의 중력 가속도와 같은 일반적인 과학적 사실로서 견고해질 때까지 그렇게 할 것”이라고 강조했다.

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