팽창하는 우주는 거리 측정을 더 복잡하게 만든다. 공간이 고정되어 있지 않고 빛이 통과하는 동안에도 계속 팽창하기 때문이다. 은하들은 계속해서 빛을 방출하지만, 그 빛이 우리에게 도달하기까지 수십억 년을 우주를 가로질러 여행할 수 있다. 그 여정 동안 우주는 계속 팽창하여 은하 간 평균 거리를 증가시킨다(네, 은하들이 충돌할 수 있다는 건 알지만, 평균적으로 큰 규모에서는 멀어지고 있다).

이는 망원경이 먼 은하의 빛을 포착할 때, 그 이미지가 오늘날 그 은하가 어디에 있는지를 보여주지 않는다는 뜻이다. 그 이미지는 빛이 여행을 시작했을 때의 은하 모습을 보여준다. 현재 거리를 추정하려면 천문학자들은 시간이 지남에 따라 우주가 어떻게 팽창했는지를 설명하는 우주론 모델을 사용해야 한다.

오늘날 사용되는 주요 모델은 LCDM이라고 불린다. 여기에는 암흑 물질(다른 에피소드)과 암흑 에너지(다른 에피소드)가 포함된다. LCDM의 강점과 한계는 별도로 논의할 가치가 있지만(다른 에피소드), 대체 모델들도 여기서 설명하는 전체 그림을 크게 바꾸지는 않는다.

우주의 나이는 약 137.7억 년이지만, 우리가 관측할 수 있는 가장 먼 지역은 현재 약 450억 광년 떨어져 있다. 그 빛이 우리를 향해 여행하는 동안 공간이 팽창했기 때문이다.

이 경계를 입자 지평선, 우주론적 지평선, 또는 공동 이동 지평선이라고 부르는데, 그 순간 얼마나 멋져 보이고 싶은지에 따라 다르다. 이는 우리의 관측 가능한 거품의 바깥쪽 가장자리를 정의하며 오늘날 우리가 볼 수 있는 가장 먼 거리를 나타낸다.

처음에는 숫자가 모순되어 보인다. 우주의 나이가 137.7억 년밖에 안 되는데 어떻게 관측 가능한 우주가 450억 광년까지 확장될 수 있을까? 답은 우주가 빛보다 빠르게 팽창할 수 있기 때문이다.

왜 빛보다 빠른 팽창이 허용되는가

이는 물리 법칙을 위반하지 않는다. 빛의 속도는 국소 영역에서 물체가 공간을 통해 이동할 수 있는 속도를 제한한다. 관측자는 근처의 로켓이 빛보다 빠르게 지나가는 것을 결코 볼 수 없다.

우주 팽창은 다르다. 먼 은하들이 반드시 일반적인 의미에서 공간을 질주하는 것은 아니다. 대신, 우리와 그 은하들 사이의 공간이 커지고 있다. 특수 상대성 이론은 우주 전체에 걸쳐 큰 거리가 얼마나 빨리 증가할 수 있는지에 대해 동일한 제한을 두지 않는다.

천문학자들은 은하의 적색편이를 측정하여 얼마나 빨리 멀어지고 있는지 추정할 수 있다. 은하가 멀어짐에 따라 그 빛은 전자기 스펙트럼에서 더 붉은 파장 쪽으로 늘어난다. 에드윈 허블은 이 효과를 이용해 우주가 팽창하고 있다는 증거를 발견했다.

팽창하는 우주에서 더 먼 은하들은 일반적으로 더 빨리 멀어지는데, 그 이유는 그들과 우리 사이에 더 많은 공간이 있기 때문이다. 더 많은 공간은 더 많은 팽창 거리를 의미한다.

은하들이 빛보다 빠르게 멀어지기 시작하는 지점을 허블 거리라고 한다. 이는 약 137.7억 광년 떨어져 있다.

왜 우리는 더 빠르게 움직이는 은하들을 여전히 볼 수 있는가

우리는 허블 거리 너머의 은하들을 관측할 수 있는데, 그 이유는 오늘날 우리에게 도달하는 빛이 오래전에 방출되었을 때 그 은하들이 훨씬 더 가까웠기 때문이다. 또한 더 멀리 떨어진 일부 은하들로부터도 결국 빛을 받을 수 있는데, 그 빛이 은하들이 더 가까웠을 때 우리를 향해 여행을 시작했기 때문이다.

그러나 궁극적인 한계가 있는데, 이를 우주론적 사건 지평선이라고 한다(블랙홀 사건 지평선과는 아주 약간 다르다). 현재 약 170억 광년 떨어져 있다.

지금 바로 그 경계 너머에서 방출된 어떤 빛도 절대 우리에게 도달하지 않을 것이다. 아무리 오래 기다려도 말이다. 공간의 팽창이 그 빛이 커지는 거리를 건너는 것을 막을 것이다.

암흑 에너지에 의한 가속 팽창은 이 분리를 더욱 극단적으로 만든다. 우주론적 사건 지평선은 미래에 계속 팽창하겠지만, 결국 약 600억 광년의 최대 거리에 접근할 것이다.

그때조차도 관측자들은 그 거리 내의 모든 것을 볼 수 없을 것이다. 가장 먼 곳의 빛은