안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
우주 전체에 수소와 헬륨이 약 3:1의 질량비로 존재한다는 사실은 천체 스펙트럼 분석이라는 직접 관측과 빅뱅 핵합성 이론 및 우주배경복사 관측을 통해 입증되었습니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.
우주의 별이나 성간 가스 구름에서 오는 빛을 스펙트럼으로 관측하면 원소마다 고유한 흡수선과 방출선이 나타나 빛의 강도를 분석하여 원소의 양을 측정합니다. 특히 중금속이 거의 없는 가장 오래된 가스 구름이나 초기 은하를 관측하여, 별 내부의 핵융합 반응으로 오염되지 않은 우주 초기의 수소와 헬륨 비율이 정확히 3:1이라는 것을 검증했습니다. 또한, 빅뱅 후 약 3분이 지났을 때, 우주의 온도가 낮아지면서 양성자와 중성자의 비율이 약 7:1이 되었을 때 헬륨 원자핵이 생성되면서 수소와 헬륨의 질량비가 3:1이라는 이론적 결과로 증명이 되었습니다.
마지막으로 플랑크 위성 등이 촬영한 우주 초기 빛의 흔적인 우주배경복사의 미세한 온도 변동을 분석하면 우주에 존재했던 물질의 밀도와 헬륨의 비중을 역산할 수 있는데, 이 분석 결과는 실제 스펙트럼 관측값 및 빅뱅 핵합성 이론 예측값과 소수점 단위까지 정확히 일치합니다.