| 초록 |
연구의 목적 및 내용 현대 우주론의 주요목표는 천문관측 자료와 가장 잘 맞는 우주 모형을 만들고 그 모형을 규정짓는 파라미터들을 정확하게 측정하는 것이다. 최근 들어 우주론적 관측 자료는 양적, 질적으로 성장해 왔으며 이미 본격적인 정밀 우주론 시대에 돌입하였다. 연구자는 본 과제연구를 통해 초신성, 우주배경복사, 우주거대구조 등의 천문관측 자료를 통계적으로 분석하고 우주론적 섭동이론을 활용하여 관측된 우주요동의 특성을 조사하며, 우주를 가속시키는 원천으로 알려진 암흑에너지의 특성을 규명하는 연구를 수행하였다. 이를 위해 관측 자료의 분석 결과에서 표준우주모형, 다양한 암흑에너지 모형, 수정된 중력이론의 파라미터를 효과적으로 추정할 수 있는 독자적인 파이프라인을 구축하고 관측과 이론이 융합된 우주론 연구를 수행함으로써 국제적으로 경쟁력 있는 연구 성과를 내고자 하였다. 연구결과 본 과제를 통하여 암흑에너지와 우주 요동의 특성에 관한 여러 가지 연구결과를 얻었다. 우주를 가속팽창 시키는 기작으로서 제안된 암흑에너지 모형에는 우주상수 외에 유체, 스칼라장, 수정된 중력이론 기반의 동력학적인 모형들이 있다. 본 연구에서는 다양한 암흑에너지 모형에서 밀도요동이 우주의 역사동안 어떻게 진화하는지를 우주론적 섭동이론의 수치계산에 중점을 두어 연구하였다. 이를 위해 초신성, 우주거대구조, 우주배경복사 등의 천문관측 자료를 분석하고 그 결과를 활용하여 암흑에너지 모형의 파라미터들을 마코프체인 몬테칼로 방법으로 측정하는 자료 분석 파이프라인을 구축하여 암흑에너지의 특성과 기원을 탐구하였다. 특히, 스칼라장과 유체 기반의 동력학적 암흑에너지 모형을 도입하여 우주 역사에서 일시적으로 압도하는 암흑에너지의 존재가 관측적으로 허용될 수 있으며 기존 우주모형의 파라미터 선호범위를 바꿀 수 있다는 사실을 알아내었다. 우리는 또한 암흑물질 후보로 널리 알려진 액시온(axion)의 2차, 3차 섭동이론을 전개하고, 액시온의 진화 양상이 우주론적 규모에서 차가운 암흑물질과 동일함을 보였으며, 완전비선형 중력진화 단계에서 우주론적 섭동량의 진화식으로부터 무한대-빛속도 극한에서 뉴턴역학의 유체방정식을 특정 게이지에서 얻어내었다. 마지막으로 광자가 질량을 가지는 경우의 양자전기역학을 수정된 중력이론에 도입하여 암흑에너지가 생성될 가능성을 제시하고 모형의 파라미터들을 최신 천문관측 자료를 활용하여 제한하였다. 연구결과의 활용계획 본 과제연구를 진행하면서 국제적으로 경쟁력 있는 우주론 연구 결과들을 다수 발표할 수 있었다. 특히, 천문관측 자료의 분석에서부터 최종적으로 암흑에너지 모형 또는 수정된 중력이론의 파라미터까지 측정해내는 독자적인 파이프라인이 구축되었으며, 앞으로 우주론 연구에 다양한 방식으로 확장되어 적용될 수 있다. 상대적으로 미개척 영역인 완전비선형 물질요동의 진화에 관한 연구를 통해 얻은 이론적 성과를 수치계산의 영역으로 확대하고 최신 관측 결과와 비교함으로써 우주 요동의 진화 특성을 규명할 수 있을 것으로 예상한다. 무엇보다도 Planck 실험 등의 우주배경복사 정밀관측과 차세대 대규모 우주거대구조 탐사의 자료가 우주론 연구를 더욱 급속히 발전시키는 현실에서 시대의 흐름에 뒤떨어지지 않고 경쟁력 있는 연구를 수행할 수 있고 결과적으로 우리나라의 우주론 연구를 활성화시키는 데에 기여할 것으로 판단된다. (출처 : 한글요약문 5p) |
