우주의나이 (Age of the Universe)
쉽게 풀면
우주가 태어난 후 지금까지 흐른 시간으로, 약 138억 년으로 계산된다.
왜 중요한가
우주의 나이는 다른 모든 천체의 나이에 상한을 두는 기준값입니다. 가장 오래된 구상성단이나 종족 II 별의 나이가 우주 나이보다 많게 나오면 항성 진화 모형이나 우주론 모형 중 하나가 틀린 것이므로, 두 값의 비교는 강력한 정합성 검사가 됩니다. 은하 형성 시기, 초기 별의 출현, 재이온화 시점 같은 사건을 시간축에 놓을 때도 우주 나이가 눈금 역할을 합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
플랑크 위성의 CMB 관측 자료를 람다-CDM 모형에 피팅하여 우주의 나이를 약 138.0억 년으로 매우 정밀하게 결정했다.
관측값과 표준 우주모형을 결합해 나이를 계산한 사례이다.
조금 더 깊게 보면
우주 나이는 직접 잰 값이 아니라 프리드만 방정식에 관측된 밀도 매개변수와 허블 상수를 넣어 적분한 값이므로, 채택하는 모형에 따라 달라집니다. 허블 상수의 두 측정 계열이 어긋나는 문제는 나이 추정치에도 그대로 전해집니다. 흔히 나이에 광속을 곱해 관측 가능한 우주의 반지름으로 삼는 오해가 있는데, 팽창 때문에 관측 가능한 우주의 크기는 그보다 훨씬 큽니다. 우주의 나이는 프리드만 방정식을 빅뱅 시점부터 오늘까지 적분해 얻으며, 물질 밀도가 높을수록 과거 팽창이 더 빨랐다고 계산되어 나이가 짧아지는 방향으로 작용한다. 나이 계산에는 복사와 곡률의 기여가 매우 작아 무시되곤 하지만, 초기 우주만 따로 다룰 때는 이 두 항을 반드시 포함해야 정확한 적분값을 얻는다.
주의할 점
우주의 나이 추정치는 사용하는 우주론적 모형과 허블상수 값에 따라 달라질 수 있으며, 허블 텐션 문제로 인해 값에 미세한 불확실성이 존재한다. 138억 년이라는 값은 람다-CDM 모형을 전제로 한 계산이므로, 다른 우주론 모형을 채택하면 같은 CMB 자료에서도 다른 나이가 나올 수 있다. 가장 오래된 구상성단의 나이 추정치에는 항성 진화 모형의 불확실성이 함께 실려 있어, 이를 우주 나이와 비교할 때는 두 추정치 모두의 오차 범위를 함께 고려해야 한다.