보이드(Void)는 특정 천체가 희박한 공간
 
빛을 내지 않는 암흑 물질이 채워진 장소
 
‘북두칠성과 목동자리 뒤’ 4억광년에 위치
 
 
2015년 하와이대 연구팀 슈퍼보이드 발견
 
2007년 미네소타 연구팀 거대한 냉점포착
 
빅뱅모델 근간인 ‘우주균질성’ 근본 흔들려
 
 

▲ 2007년도 발견된 보이드는 그 지름만 무려 10억 광년에 달한다.

 
“그는 북편 하늘을 허공을 펴시며”(He stretcheth out the north over the empty place)(욥기 26:7)
 
현재 측정 가능한 우주의 거리는 약 140억 광년이다. 물론 우주의 전체는 아니라는데 과학자들은 의견을 같이한다. 1980년대 은하들의 3차원 공간 분포를 연구하기 시작하면서 우주의 거대 구조의 신비는 서서히 메일을 벗기 시작한다.
 
우주를 연구하는 천문학자들은 어두운 곳 또는 주요 천체가 없는 지역에 주목한다. 그러나 그 지역에 물질이 전무하다거나 천체들이 전혀 없는 것은 아니다. 단지 그 공간에 빛을 내지 않는 물질(암흑 물질)이 채우고 있거나 특정 천체가 없는 곳일 뿐이다.
 
3차원적 우주 공간을 단면으로 잘라서 분포도를 본다면, 마치 거품이나 구멍이 많은 치즈 모양을 하고 있는데, 이곳은 은하가 거의 없는 공간으로 보이드(Void)라고 부른다. 그리고 은하단이 없는 지역을 슈퍼 보이드(super void)라고 한다.
 
좀 더 자세히 분석하여 본다. 지금까지 관측된 은하분포도를 재현하면 우주 공간은 은하들이 많이 몰려 있는 지역과 은하들이 없는 지역으로 이루어져 있다. 마치 사람이 많이 모여 살고 있는 도시와 반대의 시골처럼 말이다. 그 중에서도 은하들이 없는 빈 지역이 바로 보이드이다. 보이드의 전형적 크기는 1억 5천만 광년 정도이다. 
 

▲ 3차원적으로 보면, 은하와 보이드들은 일종의 해면과 같은 구조를 하고 있다. 그래서 은하와 보이드가 자유롭게 분포하는 거대구조에서는 이 두 공간이 위상수학적으로 연결된다.

 
약 3000년 전에 기록된 성경 욥기에 다음과 같은 구절이 있다. “그는 북편 하늘을 허공(빈자리)에 펴시며 땅을 공간에 다시며”(He stretcheth out the north over the empty place)(욥기 26:7)
 
물론 욥은 이 공간이 육안으로는 관측될 수 없음을 볼 때, 욥이 직접 눈으로 관찰하여 그것을 알 수는 없었음이 분명하다. 유명한 천문학자들이 북극 하늘을 관찰하면서 발견한 과학적인 사실! 미국 과학회에서 발간하는 1981년 Chemical and Engineering News 10월호에 발표 내용 일부를 소개한다.
 
주 내용은 북극성 주변의 방대한 지역, 즉 2,000여개의 은하수를 넣을 수 있을 만큼, 거대한 지역이 비어 있다는 것이다. 그러면 은하수는 얼마나 큰 규모일까?
 
대단히 클 것으로 상상되는 태양계(반경이 약 59억km)는 우리가 살고 있는 지구를 포함해서 모두 10개의 별을 가진 아주 작은 계(system)이지만, 전체가 렌즈 모양으로 생긴 은하수는 약 천억개의 별을 포함하고 있는 거대한 별들의 집합체이다.
 
지구는 이 거대한 은하수의 가장자리에 존재한다. 그런데 놀라운 것은 이렇게 거대한 은하수 약 2,000여 개가 들어갈 수 있는 넓은 공간이 거의 텅 빈 채로 지구의 북쪽에 보이는 북극성 근처에 존재한다는 사실이다.
 
그리고 일반적으로 우주공간에 별들의 밀집도가 평균(平均) 밀집도의 3분의 1 정도 되는 곳도 흔하지 않은데 이 지역만은 평균 밀도의 10분의 1 미만이라는 것이다.
 
위의 내용은 '북극 상공에 불가사의한 공간이 있다'는 제하에 1981년 10월 2일 '뉴욕타임즈'에 실린데 이어, 동년 10월 13일 중앙일보에서 아래와 같이 소개되었다.
 
지금까지의 우주 생성 이론이 근본적으로 바뀔지도 모른다는 관측 결과가 나왔다. 미국의 3대 천문대에서 망원경을 사용해 관측한 결과, 우리가 관측할 수 있는 우주의 거의 1%에 해당하는 거대한 부분이 다른 부분과는 달리 비어 있음이 확인된 것.
 
이 공간은 북두칠성과 목동자리 뒤, 지구에서 약 4억광년 거리에 있으며 지름이 무려 3억광년에 이르는 거대한 것으로 알려졌다. 보통 이 정도의 크기면 약 1천억개의 별로 구성되는 은하(銀河)가 2천개는 들어갈 수 있는 공간이 된다.
 
중력에 의해 별들이 한 곳으로 몰려 은하계를 만들더라도 은하계 이 외에도 별이 남아 있어 그 밀도는 우주 평균에 비해 3분의 1 정도이다. 그렇지만 이번에 새로 발견된 공간은 밀도가 10분의 1밖에 안되므로 기존 우주론으로는 도저히 설명이 되지 않는다.
 
미국 국립 키트픽 천문대의 '폴 셰이크'박사는 “우주에 이러한 빈 공간이 있다는 사실은 현재로써는 이해하기 어려운 문제다”라고 전제하고 “우주 생성 이론이 근본적으로 흔들릴지도 모르겠다.”고 말하고 있다.
 
그런데 이번 관측에는 키트픽 천문대를 비롯 애리조나 주의 마운트홉킨스 천문대, 캘리포니아 주의 팰러마 천문대 등이 참가했는데 3대 천문대에서의 관측 결과가 모두 동일한 것으로 나타났다.

▲ 2015년 하와이 대학교 이쉬트반 스자푸디 교수팀은 30억 광년 떨어진 곳에서 ‘슈퍼보이드’를 발견했다.

2015년 4월 20일 보도는 또 하나의 흥미진진한 뉴스이다. 우주 공간의 어마어마하게 큰 구멍 ‘슈퍼 보이드(super void)’ 발견 소식이다. 은하단이 없는 지역을 슈퍼 보이드라고 한다.
 
하와이 대학교 이쉬트반 스자푸디(István Szapudi) 교수팀은 하와이 마우이섬에 있는 팬스타스(Pan-STARRS) 망원경과 나사(NASA)의 광역적외선탐사망원경(WISE) 위성을 이용해 30억 광년 떨어진 곳에서, 은하수 1만개 가량이 우주 공간에서 사라지는 ‘슈퍼보이드’를 발견했다고 영국 가디언 등 외신이 보도했다. 이번 발견은 영국왕립천문학회월간보고 최신호에 실렸다.
 
슈퍼보이드는 완전 진공 상태는 아니며, 우주의 다른 공간에 비해 물질이 20% 미만으로 존재하는 저밀도 상태의 초 공동(空洞) 공간을 말한다. 이번에 발견된 슈퍼보이드는 크기는 물론이고 텅 비어있는 점에서 매우 이례적이다.
 
연구팀은 우주 팽창 이론을 뒷받침하는 ‘냉점(Cold Spot)’을 찾다가 슈퍼보이드를 찾아냈다. 냉점은 우주가 가속도로 팽창하는 과정에서 빛광자가 에너지를 잃고 속도가 느려지는 지점에서 온도가 낮아져 발생한다.

▲ 우주의 빈 공간 '슈퍼 보이드(Super Void)'. 빛 광자가 빈 공간을 지날 때에는 속도가 느려지고 에너지를 잃어 차가운 냉점(우측하단 동그라미 표시)이 발생한다. 2015년 하와이 대학교 이쉬트반 스자푸디(István Szapudi) 교수팀  발견.

2007년에도 보이드가 발견된 적이 있다. ‘로렌스 루드닉’(Lawrence Rudnick) 미네소타 대학교 교수팀이 발견한 것으로, 우주 속 빈 공간은 이전에도 그 존재가 확인됐었지만 이번에 발견된 보이드는 그 지름만 무려 10억 광년에 달한다.
 
지구에서 60억~100억 광년 떨어진 우주 공간에 별도 은하수도, 심지어는 블랙홀도 없는 엄청난 부피의 '무(無)의 공간'이 발견됐다고 인터내셔널 헤럴드 트리뷴 등 외신이 2007년 8월 23일 전한다. 열이 감지될 만한 항성과 은하수, 블랙홀이 전혀 없음을 보여주는 거대한 냉점을 발견하게 된 것이다. 단지 암흑만 존재할 뿐이다.
 
루드닉 박사는 미국 국립 전파천문대의 거대 우주 공간을 찍은 방사선 사진에서 한 공간의 밀도가 다른 곳보다 45퍼센트 이상 낮게 나타난 것을 유심히 관찰하던 중 슈퍼보이드를 발견한다. 본 연구는 미 천체물리학보(Astrophysical Journal)에 게재되었다.
 

▲ 빅뱅 모델의 근간인 우주 균질성은 (슈퍼)보이드와 같은 거대한 구조에 함몰되고 있다.

빅뱅 모델의 기초적 가정들 중 하나는 소위 '우주론적 원리'라 불리는 것으로서, 우주의 모든 곳은 균질하다는 가정이다. 우주의 균질성은 우주에서 물질과 에너지는 평균적으로 균일하게 분포되어 있다는 토대하에 있다.
 
이러한 가정을 하지 않는 다른 빅뱅 모델들을 만들 수는 있지만, 그러한 작업은 지금까지 수행해왔던 모든 계산들이 오류라는 것을 수긍하는 것이기에 빅뱅 지지자들에게는 대단히 골치 아픈 일이 되는 것이다. 슈퍼보이드와 같은 거대한 구조는 극히 드물어야만 한다는 것을 의미하기 때문이다.