우주는 어떻게 끝날까?

우주는 대빙하, 대분열, 아니면 그보다 더 이상한 일로 끝날까요? 왕립 그리니치 천문대의 천문학자들과 함께 먼 미래를 들여다보세요.

모든 좋은 일은 끝이 있기 마련이다. 인생에서 우리는 휴가가 끝나거나 학교 친구들에게 작별인사를 하는 것과 같은 일들을 생각하지만, 이런 사건들은 우주의 시간 척도에 비하면 아주 작은 일입니다. 그리니치 왕립 천문대의 천문학자들이 수십억 년, 수조 년 후에 무슨 일이 일어날지, 그리고 이 모든 것의 종말이 어떨지 생각해 봅니다... 알아보도록 하죠!

본 기사는 왕립 그리니치 천문대의 신간 'Space Oddities: An Astronomy Miscellany'에서 발췌한 것입니다. 천문학자들이 당신을 우주의 경외심을 불러일으키는 신비 속으로 안내할 것입니다. 이 책에는 놀라운 발견, 매혹적인 이론, 믿을 수 없는 사실이 가득 담겨 있습니다.

지구의 끝

우리 태양은 거대한 가스 덩어리이며, 열과 빛의 원천입니다. 그래서 지구는 인간이 살기에 적합한 곳이지만, 동시에 이 행성이 불행한 운명을 맞이하게 되는 이유이기도 합니다.

태양은 중심부에서 일어나는 핵융합 반응에 의해 생성된 에너지를 방출하는데, 이때 수소가 헬륨으로 전환됩니다. 태양은 현재 수소 공급의 약 절반을 완료했습니다. 하지만 결국 수소는 고갈되고, 그 시점에서 태양의 핵은 안쪽으로 붕괴되기 시작할 것입니다. 그러면 바깥층이 확장되어 적색 거성이 형성됩니다.

태양이 얼마나 확장될지는 알 수 없지만, 현재 추정에 따르면 수성, 금성, 심지어 지구까지도 집어삼킬 것으로 보인다. "어쩌면"은 좋은 표현이죠? 잘못된! 지구에 도달하지 않더라도 당시 거대했던 태양에서 나오는 엄청난 열은 지구의 바다를 증발시키고, 표면 온도를 수백도나 높이고, 우리가 아는 모든 생명을 멸종시키기에 충분할 것입니다.

지구의 종말까지 걸리는 시간은 약 50억 년입니다.

태양계의 종말

이는 단지 태양의 수명이 끝나가는 시작일 뿐입니다. 적색 거성 단계를 지나면 별의 바깥층은 우주로 계속 확장되어 행성상 성운(행성과는 아무 상관 없음!)을 형성하게 됩니다. 바깥층은 옛 별의 핵심인 백색 왜성을 남길 것입니다.

이 과정을 통해 태양은 질량의 약 절반을 잃게 되고, 가스 거대 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)은 더 넓은 궤도로 바깥쪽으로 이동하게 됩니다. 별들은 그 자리에 고정되어 있는 중력으로부터 멀어질수록 안정성이 떨어지며, 다른 별이 별들을 포획하기 쉬워집니다.

우주는 매우 크지만, 긴 시간 척도에서 보면 지나가는 다른 항성계와의 중력적 상호 작용으로 인해 변동이 발생할 수 있으며, 심지어 행성을 항성계에서 완전히 밀어낼 가능성도 있습니다. 이런 '방황하는' 행성들은 방해받지 않고 오랜 시간 동안 이동할 수 있지만, 다른 항성계에 포획되어 새로운 별 주위를 공전할 수도 있습니다. 관련된 변수의 수로 인해 이러한 유형의 변화는 예비적인 수준에서도 예측하기 어렵지만, 별의 충돌로 인해 결국 태양의 백색 왜성의 잔해가 남을 수도 있습니다.

태양계가 끝날 때까지의 시간: 약 80억 년.

은하계의 끝

우리는 수십억 년 안에 은하수가 가장 가까운 거대 나선 은하인 안드로메다와 합쳐질 것이라는 걸 알고 있습니다. 하지만 그것이 우리 은하가 겪는 유일한 합병은 아닐 수도 있습니다.

중력 때문에 대부분의 은하는 집단으로 움직입니다. 은하수는 우주를 여행하는 약 40개의 은하로 구성된 국부 은하군의 일부입니다. 아마도 수십억 년 안에 이 모든 은하가 합쳐져 ​​하나의 거대한 타원 은하를 형성하고, 각 은하가 과거에 존재했다는 증거는 전혀 남지 않을 것입니다.

은하수가 끝날 때까지의 시간은 약 1000억 년입니다.

우주론의 종말

우주 자체가 확장되고 있습니다. 우리는 은하가 멀어지고 있다는 것을 관찰합니다. 은하가 멀어질수록 더 빨리 움직입니다. 매우 먼 거리에서는 은하가 빛의 속도보다 더 빠르게 멀어질 수 있습니다.

이런 현상이 계속된다면, 우주는 너무 빨리 팽창하여 먼 은하의 빛이 우리에게 도달하지 못하게 되고, 우리는 더 이상 우주를 관찰할 수 없게 될 것입니다. 결국에는 블랙홀, 중성자별, 그리고 몇몇 검은 왜성만이 남게 될 것입니다.

물질은 일반적으로 안정적이지만, 오랜 시간이 지나면 물질의 가장 기본적인 구성 요소인 기본 원자 입자조차 붕괴되어 블랙홀만 남을 수 있다고 믿어졌습니다.

블랙홀은 거대하기 때문에 오랫동안 지속됩니다. 불확실하기는 하지만, 영국의 이론물리학자 스티븐 호킹(1942~2018)은 블랙홀조차도 천천히 복사를 방출하며 질량을 잃고 결국 '증발'하여 종말이 시작될 것이라고 예측했습니다.

우주론적 우주의 종말까지 걸리는 시간은 약 1,500억에서 10,0...
년입니다.

우주의 종말?

마지막 블랙홀이 사라지면서 우리는 우주의 타임라인의 끝에 도달했을지도 모릅니다. 우주가 어떤 모습일지는 정확히 알 수 없기 때문에 우주의 종말은 여러 가지 방식으로 나타날 수 있습니다.

우주가 계속 확장된다면 에너지는 너무 넓게 퍼져서 결국 우주 내의 모든 영역이 같은 온도를 유지하게 될 것입니다. 이것을 빅 프리즈(Big Freeze)라고 하는데, 입자들 간의 상호작용이 멈추고 우주가 영원히 얼어붙는 시기입니다.

하지만 차갑고 어둡고 황량한 우주라는 생각이 마음에 들지 않는다면 걱정하지 마세요! 우주가 어떻게 끝날지에 대한 예상치 못한 가능성은 아직도 많이 있습니다.

우리가 알다시피, 우주는 팽창을 가속화하고 있습니다. 이런 속도로 계속 확장한다면 너무 빨리 확장되어 중력으로는 아무것도 붙잡아둘 수 없게 될 수도 있습니다. 빅뱅이 일어나면 은하에서 원자에 이르기까지 모든 것이 찢어질 것입니다. 겉보기에 텅 비어 있고 시간이 없는 공간을 움직이는 개별 입자들만 남습니다.

하지만 일부 과학자들은 우주가 영원히 확장되지는 않을 것이라고 말하므로 아직 희망은 있을 수 있습니다. 빅뱅 이론은 미래에는 우주의 물질 양이 너무 많아져서 중력으로 인해 팽창이 느려지고 멈출 것이라고 주장합니다. 그런 다음 역전되어 우주가 붕괴되고, 특이점이라 불리는 작은 지점으로 합쳐진 후 다시 확장되면서 또 다른 빅뱅이 발생하고 새로운 우주가 탄생하게 됩니다. 이러한 과정은 계속해서 반복될 수 있으며, 우리 우주와 미래의 우주는 끝없는 수축과 팽창의 악순환에 빠질 수 있습니다.

우주의 끝까지 걸리는 시간: 약 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
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년... 아마도.