purus522 님의 질문에 대한 강연자 윤성철 교수 님의 응답입니다.

【 질문 】 - ID purus522

TV를 통해 흥미로운 강의 잘 들었습니다.

우주를 구성하는 물질 중 우리가 정체를 알 수 있는 것은 20%가 채 되지 않고, 암흑물질과 암흑에너지가 대부분을 차지한다고 들었습니다. 그리고 두 가지 궁금증이 들었는데요,

① 빅뱅 이후부터 우주 구성 물질들의 비중은 변해왔습니까? 별이 생성되고 은하가 형성되면서 바뀌었을 것 같습니다.

② 변화해왔다면 어떻게 확인할 수 있으며 어느 정도로 바뀌었습니까?

【 답변 】 - 윤성철 교수

암흑물질의 비중은 변하지 않았지만, 우리가 일상적으로 볼 수 있는 물질의 구성비는 계속 바뀌어 왔습니다. 빅뱅 직후는 수소와 헬륨이 거의 전부였고 헬륨보다 무거운 원소는 그 이후 주로 별에서 합성되었습니다. 계속해서 별이 탄생하고 죽어가는 과정에서 별 내부에서 합성된 새로운 원소들이 우주 공간에 끊임없이 공급되었습니다.

별 내부의 핵 합성은 수소를 원료로 사용합니다. 따라서 시간이 지남에 따라 수소의 함량비는 줄어듭니다. 반면 수소 핵융합에서부터 시작된 다양한 핵 합성을 통해 만들어진 헬륨, 탄소, 질소, 마그네슘, 황, 인, 규소, 철 등 다른 원소들의 함량비는 점점 증가했습니다. 관측으로도 이런 사실은 확인됩니다. 이는 빅뱅 우주론의 또 다른 검증이기도 합니다.

이를 확인하는 방법은 분광기를 통해 다양한 천체들의 스펙트럼을 관찰하는 것입니다. 별이나 은하, 혹은 성간물질의 스펙트럼에는 어떤 원소들이 존재하고 있고, 그 원소들의 함량비가 어느 정도인지에 관한 정보가 담겨있기 때문입니다. 빅뱅 직후에는 헬륨보다 무거운 탄소, 질소, 규소 등과 같은 중원소의 질량비가 거의 0이었다면 현재 우주에서는 약 2% 정도로 증가했습니다.

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