2019 노벨물리학상 ‘우주진화 비밀 밝히다’ 3명 수상

미국 프린스턴대 제임스 피블스 교수, 스위스 제네바대 미셸 마요르, 디디에 켈로 교수

인류 궁극적 호기심, 우주 초기 흔적과 외계 생명체 가능성 제시

인류의 궁극적인 호기심인 우주의 비밀을 밝힌 미국인 물리학자 1명, 스위스인 천문학자 2명이 올해 노벨물리학상의 영예를 안았다. 이들은 우주 진화의 비밀을 설명한 이론 물리학의 대가로 꼽히는 물리학자와 태양계 외 행성을 은하계에서 찾아 지구 밖 생명체의 가능성을 제시한 천문학자들이다. 이들의 연구를 통해, 빅뱅을 우주복사이론으로 설명하면서 물리 우주론을 이론적으로 확립했고, 태양계 별 궤도를 도는 별 궤도를 도는 외계행성인 ‘페가수스자리 51’ 주위를 도는 목성 절반 질량의 행성을 발견했다.

현대 우주론의 건축가 ‘제임스 피블스’

올해의 노벨 물리학상은 미국 프린스턴대의 제임스 피블스(84) 교수와 스위스 제네바대의 미셸 마요르(77), 디디에 켈로(53) 교수가 공동 수상했다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 8일(현지시각) 우주 진화의 비밀과 우주 속 지구의 위치에 대한 인류의 이해에 기여한 공로로, 이들 3명을 2019년 노벨 물리학상 공동수상자로 선정했다고 밝혔다.

올해 노벨 물리학상의 절반은 물리우주론의 이론적 발견의 공적을 세운 피블스 교수에, 나머지 절반은 태양과 같은 항성을 공전하는 외계 행성을 발견한 마요르 및 켈로 교수 두 명에게 주어졌다. 행성은 스스로 빛을 내지 않기 때문에 직접적인 관측은 할 수 없지만, 마요르와 켈로 교수는 항성의 도플러 효과를 통해 행성의 존재를 발견했다.

1960년대 중반부터 발전해 온 피블스 교수의 이론은 빅뱅(대폭발) 이후 현재에 이르기까지 우주의 구조와 역사를 새롭게 이해하는 기틀을 다지면서, 우주 연구 분야 전체를 다채롭게 했다. 일명 빅뱅의 잔광으로 불리는 우주배경복사의 존재를 예측한 것이다.

또 원시 원소가 빅뱅직후 10~20초 내 합성됐다는 빅뱅핵합성(BBN) 이론과 그 밖에 관측되지 않은 암흑물질과 암흑에너지를 정량화하는 이론을 구축하며 우주 구조 형성 이론에서 선구자 역할을 했다는 평가를 받는다.

피블스 교수가 빅뱅 이후 우주 초기의 흔적을 해석할 수 있는 이론적 도구와 계산 방법을 찾은 연구를 통해 우주에서 우리가 아는 물질이 5%에 불과하고, 나머지 95%는 미지의 암흑물질과 암흑에너지라는 점이 알려지게 됐다.

특히 피블스 교수는 우주배경복사 연구를 통해 우주 초기의 모습이 지금과 같다는 사실을 밝혀냈다. 피블스의 이론적 발견은 우주가 빅뱅 이후 어떻게 진화했는지를 이해하는 데 기여한 것으로 평가받고 있다.

또한 피블스 교수는 ‘물리 우주론’(physical cosmology)의 대가로 불리는 연구자다. 물리 우주론은 우리가 속한 우주에 대해 가장 큰 규모의 구조와 움직임을 연구하고 그 형성과 발달에 대한 근본적인 의문을 탐구하는 천문학의 한 분야로 알려져 있다.

물리 우주론이 확립되기 전 인간의 역사상 대부분은 천체의 움직임이나 지구 밖에서 일어나는 것은 형이상학과 종교의 일부로 인식되기도 했지만, 피블스 교수가 이를 정량적인 물리학으로 설명해 낸 것.

학계는 피블스 교수는 우주배경복사의 이론적 해석 근거를 만들어 냈으며 은하계가 분포돼 있는 거대 구조가 어떻게 형성됐는지까지도 설명하는 이론을 만들어 냈다고 평가하며, 현대 우주론의 교과서를 쓴 사람이라고 평가하고 있다.

또한, 학계는 피블스 교수의 이번 노벨물리학상 수상에 대해 특정 연구결과에 노벨상을 받은 것이 아니라 평생의 연구업적에 대해 수여한 것이라고 입을 모은다.

태양계 밖 외계행성 최초 발견 ‘마요르·쿠엘로’

노벨위원회는 마요르 교수와 쿠엘로 교수가 미지의 행성을 찾아 우리 은하의 이웃을 탐험한 것을 통해, 우주에 대한 우리의 관념을 근본적으로 바꿔놓았다고 평가했다.

스위스 천체물리학자인 마요르 교수와 쿠엘로 교수는 1995년 태양계 밖의 외계행성을 사상 최초로 발견한 인물들이다. 당시 이들은 프랑스 남부의 오트-프로방스 천문대에서 태양계의 가장 큰 가스행성인 목성 절반 질량의 태양계 밖의 행성인 ‘페가수스 자리 51b’를 발견한 것으로 나타났다.

페가수스자리 51-b는 페가수스자리 방향으로 약 50.45광년 떨어져 있는 G형 주계열성 또는 G형 준거성으로, 이러한 외계행성의 발견은 우리 은하에 더 많은 외계 행성이 있다는 가능성을 열었다.

1995년 마요르 교수와 당시 대학원생이었던 쿠엘로 교수는 별의 밝기 변화를 정밀 분석하는 방식으로 태양계 바깥에서 태양과 비슷한 형태의 항성(별) 주위를 도는 외계행성을 처음으로 발견하고 학회에서 발표하며 주목을 받았다.

두 사람은 페가수스자리 51번 별 주위를 도는 행성을 발견했는데 이는 목성질량의 0.47배로 토성보다 약간 크고 궤도 반지름은 약 1억 5000만㎞로 태양~수성 간 거리보다 더 가까운 것으로 알려졌다.

이들 발견 이후 미국 항공우주국(NASA)을 비롯해 전 세계 연구자들이 대형 망원경으로 관측에 참여해 현재 4천개가 넘는 외계행성과 항성이 지속적으로 발견되고 있다.

다양한 크기와 궤도를 가진 새로운 우주가 여전히 밝혀지고 있다. 새로운 외계 생명체가 살 수 있는 가능성이 있는 행성을 제시했다는 데 의미가 크다.

수상자에게는 상금 900만크로나(한화 약 10억9000만원)와 함께 노벨상 메달과 증서가 수여된다. 시상식은 노벨의 기일인 오는 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다. 제임스 피블스 교수는 상금의 절반을, 나머지 절반은 미셸 마이어·디디에 켈로즈 교수가 나눠 갖는다.