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우주의 구성 물질, 암흑 에너지

by Jemimah 2023. 6. 15.
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우주의 구성

 

우주는 거의 암흑 에너지, 암흑 물질, 그리고 보통 물질로 구성되어 있습니다. 그 외에는 전자 방사와 반물질이 있습니다.

 

모든 종류의 물질과 에너지의 비율은 우주 역사에 따라 변화해 왔습니다. 우주에서 발생하는 전자방사 총량은 지난 20억 년 동안 2분의 1로 감소했습니다. 오늘날 원자, 별, 은하, 생명을 포함한 일반적인 물질은 우주 내용물의 4.9%밖에 차지하지 않습니다. 이런 종류의 물질의 현제 전체 밀도는 부피 4 입방미터마다 1개의 양성자 차수 밀도에 해당하는 약 4.5X10-31 그램/입방센티미터로 매우 낮습니다. 암흑 에너지와 함께 암흑 물질 양쪽의 성질은 불분명합니다. 아직 확인되지 않은 신비로운 형태의 물질은 암흑 물질이 우주 내용물의 26.8%를 차지하고 있습니다. 공허한 공간의 에너지이며 우주 팽창을 가속화시키고 있는 암흑 에너지가 나머지 68.3%를 차지하고 있습니다.

 

 

물질, 암흑 물질, 암흑 에너지는 3억 광년 이상 길이의 크기로  우주 전체에 균일하게 분포하고 있습니다. 그러나 길이의 축척이 짧으면 물질은 계층적으로 응집하는 경향이 있습니다. 많은 원자는 별에 응축되고 대부분의 별은 은하에 응축되며 대부분의 은하는 은하단에, 슈퍼클러스터, 그리고 마지막으로 대규모 은하 필라멘트에 응축됩니다. 관측 가능한 우주에는 2,000억 개의 은하가 있으며, 전체적으로는 추정 1X1024개의 항성이 있습니다. 이는 우리가 살고 있는 행성 지구상의 모래알보다 많은 개수의 별입니다. 전형적인 은하는 1000만 개의 항성을 가진 소인부터 1조 개의 항성을 가진 거인까지 존재합니다. 큰 구조물 사이에는 공극이 있어 직경은 통상 10-150 Mpc입니다. 은하수는 지방 은하군에 있고, 그것은 라니아케아 초은하단에 있습니다. 이 슈퍼 클러스터는 5억 광년 이상에 이르고 로컬 그룹은 1,000만 광년 이상에 이릅니다. 우주에는 상대적으로 공허한 광대한 영역도 있으며, 알려진 최대의 공극은 18억에 달합니다.

 

관측 가능한 우주는 슈퍼 클러스터보다 훨씬 더 큰 스케일로 등방성을 가지고 있기 때문에 우주의 통계적 성질은 지구에서 관측된 모든 방향에서 동일합니다. 우주는 약 2.72848 켈빈의 열평형 흑체 스펙트럼에 해당하는 고도의 등방성 마이크로파 방사로 채워져 있습니다. 대규모 우주가 균질하고 등방성이라는 가설은 우주론적 원리로 알려져 있습니다. 동질성과 등방성을 모두 가진 우주는 모든 시점에서 동일하게 보이고 중심을 갖지 않습니다.

 

 

암흑 에너지

 

물리 우주론이나 천문학에서 암흑 에너지는 미지의 형태의 에너지이며 우주에 가장 큰 영향을 미칩니다. 그 존재에 관한 최초의 관측 증거는 초신성 측정에서 얻어진 것으로 우주가 일정한 속도로 팽창하고 있는 것이 아니라 오히려 우주의 팽창이 가속화되고 있음을 보여주었습니다. 우주의 진화를 이해하려면 출발 조건과 구성에 대한 지식이 필요합니다. 이러한 관측 이전에 과학자들은 우주의 모든 형태의 물질과 에너지가 시간이 지남에 따라 팽창을 감속시킬 뿐이라고 생각했습니다. 우주 마이크로파 배경의 측정은 우주가 뜨거운 빅뱅에서 시작되었음을 시사하며, 거기서 일반 상대성이론이 그 진화와 그에 이어지는 대규모 운동을 설명합니다. 새로운 형태의 에너지를 도입하지 않으면 우주의 가속적인 팽창을 설명할 방법은 없었습니다.

 

1990년대 이후 암흑 에너지는 확대 가속을 설명하기 위해 수용된 전제였습니다. 최근 2021년 암흑 에너지의 기본적인 성질을 이해하기 위한 우주론 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 우주론의 람다 CDM 모델이 옳다고 가정하면, 2023년 최적의 전류 측정은 암흑 에너지가 현재 관측 가능한 우주 총에너지의 68%에 기여한다는 것을 보여줍니다. 암흑 물질과 일반적인 중입자 물질의 질량 에너지는 각각 26%와 5%에 기여하고 중성미자와 광자 등 다른 성분은 극소량 존재합니다. 암흑 에너지의 밀도는 매우 낮습니다. 은하 내 일반 물질 또는 암흑 물질의 밀도보다도 훨씬 작습니다. 그러나 암흑 에너지는 우주 전체에 걸쳐 균일하기 때문에 우주의 질량 에너지양을 지배하고 있습니다.

 

암흑 에너지의 두 가지 형태는 우주 상수와 5 분음이나 모듈러 등의 스칼라장입니다. 공간에서 일정한 스칼라장으로부터의 공헌도 일반적으로 우주 상수에 포합 됩니다. 우주 상수는 공간의 제로점 방사, 즉 진공 에너지와 동등하도록 공식화할 수 있습니다. 그러나 공간 내에서 변화하는 스칼라장은 변화가 장기화될 수 있기 때문에 우주 상수와 구별하기 어렵습니다.

 

일지 우주론 장난감 모델의 성질로 인해 일부 전문가들은 실제 우주에서의 모든 규모의 구조물보다 정확한 일반 상대론적 처리가 암흑 에너지를 호출할 필요성을 없앨 수 있다고 생각합니다. 메트릭 상의 구조 형성의 역반응을 설명하려는 불균일 우주론은 일반적으로 우주의 에너지 밀도에 어두운 에너지가 기여한다는 것을 인정하지 않습니다.