우주는 -270도, 우주 배경 복사의 모든것

우주 마이크로파 배경 방사선 관측 실험 그룹

"우주는 어떻게 시작된 것일까?" 그런 생각을 한 적이 없습니까?

아무도 본 적이 없는 오래된 옛날, 아무도 본 적이 없는 먼 별, 한때 이들을 알기 위해서는 이론적으로 예상할 수밖에 없었습니다. 그러나 현재는 실험이나 관측으로 확인할 수 있게 되었습니다. 우주 마이크로파 배경 방사선 (Cosmic Microwave Background;CMB씨엠비) 관측 실험도 그중 하나입니다.

우리 CMB 관측 실험 그룹은 지금까지의 소립자 물리학 실험에서 축적된 초전도 측정기 기술과 대량의 판독 기술을 구사해, “우주는 어떻게 시작되었을까?” “어떤 물리 법칙이 우주를 만들어 진화시킨 것일까?

우주 마이크로파 배경 방사선

우주 마이크로파 배경방사(이하 CMB)란 우주의 어느 방향에서도 균일하게 쏟아지고 있는 전자파입니다. 1964년 아노 펜지아스와 로버트 윌슨이 그 존재를 발견하고 1978년 노벨 물리학상을 받았습니다. CMB는 빅뱅 직후 발생한 것으로 간주합니다. 따라서 "우주에서 가장 오래된 빛"이라고 도합니다. 이 "빛"의 성질을 자세히 조사하는 것은 우주 탄생 직후의 모습을 관찰한다는 것입니다.

CMB 온도의 비균일성과 빅뱅 우주론

우주의 맑은 날에 존재했던 원소의 화학 결합의 크기로부터, 당시의 우주의 온도는 약 3000K켈빈라고 추측되고 있습니다. 한편, 펜지어스와 윌슨은 CMB의 온도를 측정했고 현재 우주의 온도는 약 수 K로 식어가고 있음을 밝혔다. 이 온도의 저하는 공간의 단열적인 팽창, 즉 우주가 팽창한 것을 나타내며, 약 138억년 전에 우주는 급속히 팽창하는 초고온·초 밀도의 「불의 구슬」로서 태어난 후 , 팽창과 함께 온도·밀도가 내려 현재의 모습이 되었다고 하는 「빅뱅 우주론」의 결정적인 증거가 되었습니다.

또한 우주에 존재하는 별과 은하의 형성, 분포 등이 현재의 구조를 갖기 위해서는 초기 우주는 균일하지 않은 구조를 가지는 것, 즉 비균일성이 필요하다고 생각되고 있었습니다. 이 비균일성은 미국 항공 우주국 NASA가 발사한 CMB 온도의 정밀 측정을 목표로 했다코브코비위성과 CMB가 오는 방향의 특정 능력을 향상시켜 온도의 공간 분포 측정을 목표로WMAP더블 맵위성을 사용하여 정확하게 측정함으로써 발견되었습니다.

CMB 편광 B 모드와 인플레이션 우주론

현재 진행 중인 최첨단 CMB 연구는 CMB의 편광을 측정하는 데 주목받고 있습니다. 특히 '편광 B 모드'라고 불리는 편광 패턴은 인플레이션 우주론에서 제창되고 있으며, 주로 인플레이션 시에 만들어진 원시 중력파와 중력 렌즈를 통과한 CMB 속에 존재한다고 합니다. 이러한 편광 B 모드의 발견은 인플레이션 우주론의 직접 검증이 되기 때문에 세계 각국에서 치열한 경쟁이 이루어지고 있다. 우리 CMB 그룹은 POLARBER 실험을 수행하고 있습니다.

POLARBEAR 실험

POLARBEAR 실험은 CMB 편광을 정밀하게 측정하는 실험입니다. CMB 편광 B 모드라고 불리는 특수한 편광 패턴을 검출하여 원시 중력파의 흔적이나 중력 렌즈 효과를 정밀하게 관측하는 것을 목표로 합니다.

고도 5200m의 칠레 아타카마 고지에 건설된 직경 3.5m의 주경으로 이루어진 망원경과 최첨단 초전도 검출기를 이용하여 CMB의 편광을 관측합니다. 칠레는 건조하기 때문에 대기로 CMB가 흡수되기 어렵고 지구상에서 가장 CMB 관측에 적합한 곳입니다.

POLARBEAR 실험은 2012년부터 관측을 실시하고 있습니다. 2014년에는 세계 최초가 되는 중력 렌즈 효과에 의한 CMB 편광 B 모드의 측정을 실시했다는 성과를 올리고 있습니다. 앞으로는 망원경을 개량하고 원시 중력파에 의한 CMB 편광 B 모드의 발견을 목표로 합니다.