공변거리 (Comoving Distance)
쉽게 풀면
우주가 팽창하는 만큼을 빼고 계산한, 변하지 않는 기준의 거리다.
왜 중요한가
공변거리는 우주 팽창을 빼고 잰 거리이므로 시간이 지나도 값이 변하지 않아, 은하 분포의 통계나 거대구조 시뮬레이션의 기본 좌표로 쓰입니다. 중입자 음향 진동의 표준자 길이도 공변 단위로 표현되며, 관측 가능한 우주의 반지름을 말할 때 흔히 인용되는 약 460억 광년도 공변거리입니다. 다른 거리 척도들은 모두 공변거리에 적색편이 인자를 곱해 얻습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
프리드만의 우주 모형에서 공변좌표는 척도인자와 분리되어 정의되며, 이는 이후 팽창 우주에서의 거리 척도들을 체계적으로 정의하는 기초가 되었다.
공변거리가 우주 팽창의 영향을 제거해 거리 비교를 가능하게 함을 보여주는 사례이다.
조금 더 깊게 보면
공변거리는 직접 관측되지 않고 적색편이와 우주론 모형으로 계산되므로, 모형이 바뀌면 같은 은하의 공변거리도 바뀝니다. 광행거리와 혼동하기 쉬운데, 빛이 130억 년 걸려 온 은하의 공변거리는 130억 광년보다 훨씬 큽니다. 국부적으로는 은하 고유운동이 팽창 흐름에 겹쳐 있어 적색편이로 구한 공변거리에 적색편이 공간 왜곡이 섞입니다. 두 은하 사이의 공변거리는 각 은하의 고유운동이 없다는 이상적 경우에 한해 시간이 지나도 일정하며, 실제로는 중력에 의한 특이속도가 이 이상적 그림에서 벗어나게 만든다. 공변거리의 적분식은 우주 팽창 역사 전체(허블 매개변수의 적색편이 함수)를 알아야 계산되므로, 그 자체가 이미 우주론 모형에 대한 하나의 예측값이다.
주의할 점
공변거리는 관측 가능한 물리량이 아니라 이론적 모형 안에서 정의되는 좌표 거리이므로, 실제 관측에서는 광도거리나 각지름거리로 변환하여 비교해야 한다. 공변거리는 계산에 쓰인 우주론 모형의 매개변수(허블 상수, 밀도 매개변수 등)에 따라 값이 달라지므로 서로 다른 논문의 공변거리를 비교할 때는 채택된 모형을 확인해야 한다. 공변거리를 적색편이 공간 왜곡이 섞인 관측 자료에서 곧바로 읽어내려 하면, 은하의 실제 위치가 아니라 그 특이속도가 만든 겉보기 위치 이동까지 거리로 오인하게 된다.