은하 사이 '떠돌이별' 기원 종지부..."암흑물질 추적자"

지명국 연세대 교수 연구팀 '네이처' 발표

지명국(왼쪽) 연세대 천문우주학과 교수와 주형진 제1저자. 연세대 제공

은하단내광은 수백 개의 은하가 모여 있는 은하단에서 은하와 은하 사이의 떠돌이별들이 만들어 내는 빛이다. 천문학계에선 빛을 만드는 떠돌이별의 기원을 두고 논쟁을 벌여왔다. 떠돌이별이 최근에 만들어졌다는 주장과 우주 생성 초기 만들어졌다는 주장이 부딪혔다.

국내 연구팀이 이런 논쟁에 종지부를 찍는 연구결과를 내놨다. 우주 생성 초기 은하단에서 떠돌이별이 만들어내는 은하단내광 검출에 성공한 것이다. 

지명국 연세대 천문우주학과 교수 연구팀은 이 같은 연구결과를 국제학술지 ‘네이처’에 5일 게재했다고 밝혔다. 

연구팀은 미국 항공우주국(NASA)의 허블우주망원경을 이용해 현재 우주 나이의 3분의 1에 불과한 초기 은하단 10개에서 떠돌이별이 만들어내는 은하단내광을 검출했다. 이 은하단내광의 밝기는 은하단 전체가 만들어내는 광량의 약 17%로 오늘날에 가까운 우주에서 측정한 결과와 유사하다.

연구팀은 “어린 은하단에서 떠돌이별들이 많이 발견됐다는 것은 떠돌이별이 우주 초기 다량으로 만들어졌음을 의미한다”며 “그간 천문학계 주류 이론은 떠돌이별이 최근 만들어졌다에 무게를 두고 있었는데 이를 반박하는 결과”라고 설명했다.

 
떠돌이별은 ‘암흑물질’의 추적자로 활용될 것으로 기대된다. 암흑물질은 우주를 구성하는 물질 중 총 질량의 85%를 차지하지만 아직 정체가 알려지지 않은 물질이다. 일반 물질과는 중력 이외에 상호작용하지 않으며 눈에 보이지도 않는다. 암흑물질의 정체는 21세기 물리학 최대 난제 중 하나로 남아있다.

지 교수는 떠돌이별이 암흑물질 추적자로 활용될 수 있는 이유를 투명인간에 비유해 설명했다.집에 들어온 투명인간에게 밀가루를 뿌리면 형체가 드러난다. 하지만 밀가루 양이 부족하면 머리나 팔 등 일부의 형체만 보인다. 

떠돌이별은 밀가루를 뿌리는 역할을 한다. 우주 초기 생성된 것으로 입증된 떠돌이별이 은하단을 구석구석 다니며 암흑물질과 중력으로 상호작용 했을 것이란 설명이다. 지 교수는 “암흑물질이 가는 곳이라면 떠돌이별도 함께 움직였을 것”이라며 “떠돌이별이 암흑물질 탐사에 있어 ‘보이는 추적자’ 역할을 할 수 있다”고 말했다. 

지 교수는 지난 2007년 중력렌즈 현상을 이용해 암흑물질의 존재를 입증하는 증거를 찾았다는 연구결과를 발표한 바 있다. 당시 암흑물질 연구 사상 가장 확실한 증거로 평가됐다. 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]