관측 가능한 우주

깜깜하고 짙은 안개 속에서 손전등을 켜고 서 있는 상황을 상상해 보세요. 손전등 빛은 주변을 둥글게 밝히지만, 빛이 아직 닿지 않은 더 먼 곳은 캄캄해서 볼 수 없어요. 이때 우리 눈에 들어오는 밝은 구역이 바로 우리가 볼 수 있는 영역의 한계예요.

우주를 바라보는 일도 이와 비슷해요. 다만 실제 우주에서는 우리가 빛을 쏘는 게 아니라, 먼 천체가 내보낸 빛이 우리에게 도착해야 볼 수 있어요. 우주의 나이는 약 138억 살이고, 우주에서 가장 빠른 빛도 1초에 약 30만 킬로미터까지만 달릴 수 있어요. 아무리 좋은 망원경을 써도 우주가 태어난 이후 지금까지 빛이 달려와 닿은 거리보다 더 먼 곳은 아직 빛이 도착하지 않아 볼 수 없어요.

결국 관측 가능한 우주란 지구라는 관측자를 중심으로 빛이 도달할 수 있는 가장 먼 경계선까지의 둥근 구역을 뜻해요. 그 너머에도 우주가 이어져 있을 것으로 추정되지만, 그곳의 빛은 아직 우리에게 오지 못했어요.

우주 나이가 138억 년이니 빛이 달린 거리도 138억 광년이고, 관측 가능한 우주의 반지름도 138억 광년이어야 맞을 것 같아요. 하지만 실제 관측 가능한 우주의 반지름은 약 465억 광년에 달해요.

조금 더 정확히 말하면, 빛이 우리를 향해 열심히 달려오는 동안 우주 공간 자체가 계속 팽창했기 때문이에요. 마치 늘어나는 고무줄 위를 기어가는 개미처럼, 두 점 사이의 공간 자체가 늘어나면서 출발할 때는 가까웠던 곳이 빛이 오는 사이에 훨씬 더 멀어져 버린 거예요.

우주가 시작될 무렵 출발한 빛이 지금 막 도착하는 지점은 공간 팽창 때문에 현재 약 465억 광년 떨어져 있어요. 이것이 관측 가능한 우주의 이론적 경계예요. 그래서 우리는 지름이 약 930억 광년에 이르는 엄청나게 거대한 공 모양 공간을 관측할 수 있어요.

관측 가능한 우주는 '우주 전체의 진짜 중심'이 아니에요. 바다 한가운데 떠 있는 배에서 사방을 둘러보면 수평선이 둥글게 보이는 것처럼, 어디에 서 있든 자기 위치가 중심이 돼요.

지구에서 보면 지구가 중심인 465억 광년 크기의 구역이 보이고, 수십억 광년 떨어진 외계 행성에서 보면 그 외계 행성을 중심으로 한 465억 광년 크기의 구역이 보여요. 두 영역은 겹치는 부분도 있지만 서로 보지 못하는 공간도 있어요.

이것은 망원경 성능의 한계 때문이 아니라 빛의 속도가 유한해서 생기는 물리적인 시야의 한계예요. 게다가 우주의 팽창이 점점 빨라지고 있어서(가속 팽창), 시간이 아주 오래 지나면 먼 은하들의 빛은 점점 더 희미하고 붉어지다가 사실상 볼 수 없게 될 거예요.