Ch4. 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.

이 강의의 목표: 은하의 구조, 빅뱅과 우주 팽창의 증거, 그리고 우주의 대부분을 차지하는 암흑물질·암흑에너지를 이해한다.

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

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

빅뱅은 ‘한 점에서의 폭발’이 아니라 ‘공간 자체의 팽창’이다. 풍선 표면에 점을 찍고 부풀리면 모든 점이 서로 멀어지듯, 우주는 어느 한 중심에서 퍼지는 게 아니라 공간 전체가 늘어난다.

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

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

암흑물질·암흑에너지는 이름만 ‘암흑’일 뿐 정체는 미지다. 은하 회전 속도와 우주 가속 팽창을 설명하려면 반드시 필요하지만, 무엇인지 아직 모른다 — 현대 물리학 최대의 미해결 문제다. 자세히는 암흑물질·암흑에너지 가이드 참고.

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

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