은하와 우주론 — 빅뱅, 팽창, 그리고 암흑우주

4강 개요: 별에서 우주 전체로

별(3강)이 모이면 은하가 되고, 은하가 모여 우주를 이룬다. 이번 강에서는 가장 큰 질문으로 간다 — 우주는 어떻게 시작했고, 어디로 가는가.

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1. 은하 — 별들의 도시

은하는 수천억 개의 별, 가스, 먼지가 중력으로 묶인 거대 구조다.

모양별 분류

• 나선은하: 팔 구조(우리은하·안드로메다)
• 타원은하: 둥근·타원형, 늙은 별 위주
• 불규칙은하: 뚜렷한 형태 없음

우리은하(은하수)

• 막대나선은하, 지름 약 10만 광년
• 태양은 중심에서 약 2.6만 광년 떨어진 변두리에 위치

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2. 빅뱅 — 우주의 시작

우주는 약 138억 년 전 한 점에서 시작해 급팽창했다는 것이 빅뱅 이론이다.

빅뱅의 핵심 증거:

1. 우주 팽창 — 은하들이 서로 멀어짐(허블의 법칙)
2. 우주배경복사(CMB) — 빅뱅의 ‘잔열’(약 2.7K)
3. 가벼운 원소 비율 — 수소·헬륨 비율이 예측과 일치

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3. 우주 팽창과 적색편이

멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 멀어진다(허블의 법칙). 멀어지는 빛은 파장이 늘어나 붉게 보이는데, 이것이 적색편이다.

가까운 은하 → 적색편이 작음 → 천천히 멀어짐
먼 은하   → 적색편이 큼   → 빠르게 멀어짐
→ 우주가 팽창하고 있다는 직접 증거

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4. 암흑물질·암흑에너지 — 우주의 95%

놀랍게도 우리가 아는 보통 물질(별·행성·우리 몸)은 우주의 약 5%에 불과하다.

구성	비율	정체
보통 물질	약 5%	별·가스·우리가 아는 모든 것
암흑물질	약 27%	빛과 상호작용 안 함. 중력으로만 감지
암흑에너지	약 68%	우주 팽창을 가속시키는 미지의 힘

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5. 우주의 미래

암흑에너지로 팽창이 가속되고 있어, 유력한 시나리오는 우주가 영원히 팽창·냉각되는 일이다(빅 프리즈). 단, 암흑에너지의 정체를 모르므로 미래도 확정은 아니다.

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이번 강의 핵심 요약

1. 은하는 나선·타원·불규칙으로 나뉘며, 우리은하는 막대나선은하다.
2. 빅뱅(약 138억 년 전)의 증거는 팽창·우주배경복사·원소 비율이다.
3. 빅뱅은 폭발이 아니라 공간 자체의 팽창이다.
4. 적색편이는 우주 팽창의 직접 증거다.
5. 우주의 약 95%는 정체불명의 암흑물질·암흑에너지다.

다음 강의: 시선을 우리 발밑, 지구로 돌린다. 지구의 내부 구조와 판구조론으로 지진·화산·대륙 이동이 왜 일어나는지 살펴본다.