우주론적적색이동 (Cosmological Redshift)
쉽게 풀면
빛이 우주를 가로질러 오는 동안 우주 자체가 팽창하면서 빛의 파장도 함께 늘어나는 현상입니다.
왜 중요한가
우주론적 적색이동은 우주 팽창의 직접 증거이자 척도 인자와 1+z = 1/a(t)로 연결되므로, 모든 우주론 관측에서 시간 좌표 역할을 합니다. 적색이동에 따른 광도 거리 관계를 Ia형 초신성으로 측정한 것이 우주 가속 팽창의 발견이며, 적색이동 공간의 은하 분포 왜곡(적색이동 공간 왜곡)은 구조 성장률을 알려 줍니다. 우주론적 적색이동은 1+z=1/a(방출 시점 척도인자의 역수, 현재 a=1)로 정해지므로, 이 값을 알면 별도의 거리 측정 없이도 빛이 방출된 시점의 우주 크기를 현재와 비교해 바로 알 수 있다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
먼 우주의 적색이동이 개별 천체의 운동이 아니라 우주 공간 자체의 팽창을 반영한다는 해석을 설명한다.
이 문장은 우주론적적색이동이 우주 팽창을 입증하는 관측적 근거로 기능함을 보여준다.
조금 더 깊게 보면
우주론적 적색이동은 광자가 진행하는 동안 공간이 늘어나 파장이 함께 늘어나는 효과로, 광원이 공간 속을 움직여 생기는 도플러 효과와는 원인이 다르며 일반상대성이론 없이는 정확히 설명되지 않습니다. 다만 국소적으로 보면 이웃 관측자들 사이의 작은 도플러 이동을 누적한 것과 같아 두 해석이 완전히 대립하지는 않는다는 논의도 있습니다. 광자는 적색이동으로 에너지를 잃는데 이 에너지가 어디로 가느냐는 질문은 팽창 우주에서 전역 에너지 보존이 정의되지 않는다는 답으로 이어집니다. 1+z 값이 클수록 관측되는 빛은 더 어린 우주에서 출발한 것이며, z=1100 근처의 우주배경복사가 관측 가능한 가장 큰 적색이동을 가진 신호로 남아 있다. 허블-르메트르 법칙에서 얻어지는 후퇴속도는 실제 공간을 가로지르는 속도가 아니라 팽창률과 거리의 곱으로 정의된 개념적인 속도라는 점도 함께 이해해야 한다.
주의할 점
우주론적적색이동은 은하가 실제로 공간을 가로질러 빠르게 '움직이는' 것이 아니라 그 사이 공간 자체가 늘어나는 현상이라는 점에서, 일반적인 도플러효과와 개념적으로 구분해야 한다.