우주 가속 팽창 논쟁 재점화…연세대, 반박 논문 분석 오류 제기

노벨물리학상으로 이어진 ‘우주 가속 팽창’ 해석을 둘러싸고 초신성의 나이를 어떻게 보정해야 하는지에 대한 논쟁이 다시 불붙었다. 연세대학교 천문우주학과·은하진화연구센터 이영욱 교수팀은 우주가 암흑에너지 때문에 계속 가속 팽창한다는 기존 이론을 옹호한 사우샘프턴대학교 연구진의 반박 논문에서 주요 분석 오류를 확인했다고 밝혔다.

논쟁의 관측 도구는 Ia형 초신성이다. 이 초신성은 멀리 있는 은하까지의 거리를 재는 데 쓰이지만, 모든 폭발이 처음부터 똑같이 밝은 완전한 ‘표준 촛불’은 아니다. 밝기가 변하는 곡선의 폭과 색, 초신성이 속한 모은하의 환경 등을 보정한 뒤 거리를 가늠하는 ‘표준화 가능 촛불’이다. 따라서 표준화 이후에도 남는 밝기 차이가 별의 나이에서 비롯됐는지, 모은하 질량이나 먼지에 대한 기존 보정으로 처리되는 효과인지가 핵심 쟁점이다.

연세대 연구진은 2025년 선행 논문에서 약 200개 초신성 모은하와 적색편이 약 0.45까지의 표본을 분석해 나이에 따른 편향을 보고했다. 적색편이는 천체의 빛이 우주 팽창으로 붉은 쪽으로 이동한 정도로, 대체로 값이 클수록 더 먼 과거의 천체를 뜻한다. 후속 연구에서는 초신성·바리온음향진동(BAO)·우주배경복사(CMB)를 결합할 경우 표준 우주론인 ΛCDM 모형과 9시그마를 넘는 긴장이 나타나며, 현재 우주가 감속 팽창한다고 주장했다.

이에 사우샘프턴대 연구진은 모은하 전체의 나이와 실제 폭발한 백색왜성 계의 나이를 같다고 볼 수 없다고 반박했다. 현대 초신성 분석에 적용되는 모은하 질량 보정이 환경에 따른 영향을 대부분 제거한다는 주장도 제시했다. 이 논문에는 2011년 노벨물리학상 수상자인 브라이언 슈미트와 애덤 리스가 참여했다. 당시 노벨물리학상은 두 연구자와 솔 펄머터가 먼 Ia형 초신성을 관측해 우주의 가속 팽창을 발견한 공로로 받았다.

연세대 연구진의 재반박 논문은 2026년 5월 20일 arXiv에 공개됐다. 연구진은 사우샘프턴대 연구진이 적색편이 0.06에서 0.42까지의 표본을 하나로 합친 점을 문제로 들었다. 이 범위에서는 모은하 평균 나이가 약 30억 년 달라지므로, 나이와 초신성 밝기 보정 뒤 남는 차이인 ‘허블잔차’ 사이의 기울기가 인위적으로 완만해졌다는 설명이다.

재분석에서 나이–허블잔차 기울기는 Pantheon+의 질량 보정을 적용했을 때 10억 년당 -0.007등급이었다. 질량 보정을 빼면 -0.022등급, 초신성 자체의 불규칙한 밝기 차이를 뜻하는 고유 산포까지 제외하면 -0.024등급으로 나타났다. 적색편이 범위를 0.06에서 0.20으로 좁히자 기울기는 10억 년당 -0.034등급으로 더 가팔라졌다. 음의 기울기는 나이가 많아질수록 표준화된 초신성 밝기가 달라지는 방향을 나타낸다.

초신성이 만들어진 뒤 폭발하기까지 걸리는 시간의 분포인 ‘지연시간분포’를 둘러싼 계산도 쟁점이 됐다. 연세대 연구진은 사우샘프턴대가 채택한 분포를 쓰면 적색편이에 따른 초신성 나이 변화가 기존 추정의 약 4분의 1로 줄지만, 같은 논리를 일관되게 적용할 경우 나이–광도 기울기는 약 4배 커진다고 계산했다. 두 효과를 함께 반영한 최종 광도 보정은 선택효과를 포함해도 기존 연세대 결과의 약 85%로 유지됐으며, 지연시간분포만 바꾸면 오히려 약 2배가 됐다고 주장했다.

사우샘프턴대 연구진의 반박 논문은 2026년 6월 10일 영국 왕립천문학회 학술지 MNRAS 549권에 출판됐다. 현재 상황은 노벨상으로 인정된 가속 팽창 발견이 폐기됐다고 확정된 단계가 아니다. 서로 다른 표본 선택과 나이 모형, 질량·먼지·선택효과 보정법을 적용한 논문들이 반박과 재반박을 이어가는 과정이다. 어느 분석이 우주의 실제 팽창 상태를 최종적으로 설명하는지는 추가 관측과 독립적인 검증을 거쳐야 한다.

자료: 연세대학교, 사우샘프턴대학교, 영국 왕립천문학회, arXiv, 노벨재단