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‘아인슈타인 고리’의 비밀…최초 발견된 퀘이사까지 거리는 100억 광년

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[서울신문 나우뉴스]

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허블 우주망원경으로 관측된 아인슈타인 고리의 중력 렌즈들. 거대 질량체에 의해 시공간이 휘어져 빛이 고리를 만든다.(출처= NASA/ESA/SLACS Survey Team)

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1980년대 천문학 역사에 큰 획을 그었던 발견을 담고 있는 데이터 창고에서 천문학자들이 일련의 시간여행을 계속했으며, 이는 오랫동안 풀리지 않고 있는 우주의 미스터리를 해결하기 위한 것이라고 한다.

일단의 연구진이 하와이의 마우나 케아에 있는 케크 천문대와 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 X-선 천문대가 보유하고 있는 오랜 데이터를 뒤졌는데, 이는 엄청난 양의 빛을 방출하는 퀘이사, 곧 활동 은하핵에 관한 데이터들이다.

그들이 관측한 것은 아인슈타인 고리라 불리는 것으로, 퀘이사와 지구 사이의 거대 질량체의 중력에 의해 휘어진 빛의 고리이다. 이 같은 고리는 휘어진 빛으로 인해 일종의 렌즈 기능을 하여 '중력 렌즈'라 일컬어지기도 한다. 따라서 거대 질량체의 후면에 있는 은하 등이 크게 확대되어 보인다. 질량이 시공간을 휘게 한다는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따른 현상으로, 아인슈타인 고리라는 이름을 얻었다.
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최초의 아인슈타인 고리인 MG 1131 + 0456의 전파 이미지는 VLA로 촬영되었다. (출처=VLA)

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그러나 연구팀은 최초로 발견된 아인슈타인 고리인 '1131 + 0456'보다 더 오래된 아인슈타인 고리를 발견하는 데는 실패했다. 1131 + 0456는 1987년 뉴멕시코의 초대형 전파망원경 네트워크(VLA)를 사용하여 최초로 관찰된 것으로, 발견 당시에는 해당 천체까지의 거리나 적색이동(멀리 떨어진 물체가 방출하는 빛의 파장이 늘어나서 스펙트럼상에서 붉은 쪽으로 치우쳐 보이는 현상) 값은 알려지지 않다. 그러나 이번 새로운 연구를 통해 연구팀은 해당 천체까지의 거리를 결정할 수 있었는데, 그 값은 지구로부터 100억 광년 거리로, 적색이동 z = 1.849였다. ​

이 같은 결과를 산출한 연구자는 공동저자인 캘리포니아 패서디나 소재 NASA 제트추진연구소의 선임 연구원 대니얼 스턴과 영국 케임브리지 대학 천문학연구소의 도미니크 월턴 STFC 어니스트 러더퍼드 팰로이다. 스턴 박사는 성명에서 “아인슈타인 고리가 처음 발견되었을 때는 베를린 장벽이 여전히 서 있을 무렵이었고, 우리 논문에 제시된 모든 데이터는 지난 2000년의 데이터”라고 밝혔다.

“우리가 더 깊이 파고들자, 그렇게 유명하고 밝은 빛을 내는 천체인데도 측정한 거리가 없다는 사실에 놀랐다”고 말하는 스턴 박사는 “중력 렌즈를 이용해 거리를 측정하는 것은 우주 팽창 과정이나 암흑물질을 연구하는 모든 추가 연구에 필요한 첫 번째 단계”라고 덧붙였다.

이 연구는 6월 1일 ‘천체물리학 저널 레터스’에 게재되었다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com



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