재결합시기 (Recombination Epoch)
쉽게 풀면
우주가 태어난 지 약 38만 년쯤 지나 충분히 식으면서, 자유롭게 떠돌던 전자와 양성자가 결합해 중성 원자를 이루고, 빛이 비로소 자유롭게 퍼져나갈 수 있게 된 시기입니다.
왜 중요한가
재결합기는 우주가 식어 전자와 양성자가 중성 수소로 결합하면서 광자가 자유롭게 퍼지기 시작한 시기로, 그때 방출된 빛이 CMB입니다. CMB가 우주 나이 약 38만 년의 모습을 보여주는 이유가 여기 있으며, 음향 봉우리의 위치는 재결합 당시 음파가 이동한 거리로 정해져 이 시기의 물리가 우주론 표준자의 근거가 됩니다. 재결합의 정밀 계산이 CMB 매개변수 추출의 전제입니다. 재결합은 순간적으로 일어난 사건이 아니라 유한한 두께를 가진 '마지막 산란면'으로 나타나며, 이 두께와 광자 확산에 의한 실크 감쇠가 함께 CMB의 작은 각규모 요동을 지수함수적으로 억누른다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
재결합시기가 오늘날 관측되는 우주배경복사의 기원이 되는 물리적 사건임을 설명한다.
우주배경복사 지도에 남은 아주 작은 온도 차이를 분석해서, 재결합시기 당시 물질이 어떻게 뭉쳐 있었는지를 거꾸로 알아냈다는 뜻이에요.
조금 더 깊게 보면
재결합이라는 이름과 달리 전자와 양성자가 이전에 결합한 적은 없어 처음 결합한 것이며, 헬륨이 수소보다 먼저 재결합했습니다. 온도가 수소 이온화 에너지에 해당하는 값보다 훨씬 낮은 약 3000K에서 일어난 것은 광자 수가 중입자보다 압도적으로 많았기 때문입니다. 재결합과 광자 탈결합은 시기가 거의 같지만 다른 사건이며, 재이온화는 수억 년 뒤에 별이 우주를 다시 이온화한 별개의 시기입니다. 재결합 시기의 정확한 온도와 지속 시간은 수소 원자의 들뜬 상태 전이 물리(2광자 방출 등)까지 정밀하게 계산해야 얻어지며, 이 계산의 정밀도가 CMB 매개변수 추출의 최종 오차 예산에 직접 반영된다.
주의할 점
재결합이라는 명칭과 달리 이는 이전에 결합되어 있던 상태로 돌아간다는 뜻이 아니라, 우주 역사상 최초로 전자와 양성자가 안정적으로 결합했다는 관례적 명칭임에 유의해야 한다.