암흑물질 찾아 나서는 기하학의 아버지…우주망원경 ‘유클리드’ 내달 1일 발사

ESA, 우주망원경 유클리드 다음 달 1일 발사
희미한 수십억 개 은하와 암흑물질 촬영 목표
NASA도 암흑물질 관측… 우주의 비밀 풀어낼까

유럽우주청(ESA)의 우주망원경 유클리드의 상상도./ESA

우주의 수수께끼를 풀어줄 새로운 우주망원경이 곧 우주로 향한다. 새 우주망원경은 광학적으로 직접 관측하기 어려운 암흑물질과 암흑에너지의 정체를 밝혀낼 것으로 기대된다.

유럽우주청(ESA)은 다음 달 1일 미국 플로리다주 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 우주망원경 ‘유클리드(Euclid)’를 스페이스X 팰컨9에 실어 발사한다. 유클리드는 발사 후 한 달 동안 지구에서 150만㎞ 떨어진 라그랑주점2(L2)로 이동해 7개월간 시범 운전 기간을 거친다.

유클리드 우주망원경은 올해 초 네이처가 꼽은 2023년 주목해야 할 과학이슈로 선정되기도 했다. 유클리드가 중력렌즈 효과를 이용해 암흑물질과 암흑에너지를 관측하고 거대한 우주 지도를 만들 예정이기 때문이다.

우주 전체 물질 중 우리가 볼 수 있는 물질은 단 5%에 불과하다. 나머지는 암흑물질 27%와 암흑에너지 68%다. 암흑물질은 스위스 천문학자 프리츠 츠비키가 처음 고안한 개념이다. 은하단에서 은하가 빠르게 회전하지만 튕겨 나가지 않는 것을 보고 암흑물질이라는 가상의 물질로 중력을 계산한 것이다.

눈에 보이지 않고 질량만 있다고 가정하다 보니 암흑물질은 여전히 미지의 물질이다. 행성이나 항성, 성운처럼 광학적인 방법으로는 관측할 수 없다. 유클리드는 중력렌즈 효과로 암흑물질을 찾아낼 예정이다. 중력렌즈 효과는 질량이 큰 물질에 의한 중력장을 통과할 때 빛이 굴절되는 현상을 말한다. 암흑물질의 핵심인 질량과 중력을 활용해 존재 여부를 파악하는 것이다.

유럽우주청(ESA)의 우주망원경 유클리드의 모습./ESA

유클리드에는 두 가지 장비가 탑재됐다. 전체 우주의 3분의 1을 이미지화할 수 있는 대형 가시광선 관측기 VIS(Visible Instrument Shutter)가 첫 번째다. 곡면거울과 평면거울이 각각 세 개씩 있어 매우 넓은 시야각에 대한 고품질 이미지 구현이 가능하다. 허블우주망원경보다 200배 넓게 볼 수 있다.

적색편이 현상을 측정하는 ‘근적외선 분광계와 광도계(NISP)’도 탑재했다. 적색편이는 가시광선이 먼 거리에 떨어진 망원경에 도달하면서 파장이 길어져 적외선으로 변하는 현상이다. NISP는 초기 우주의 원시 플라스마에서 발생한 음향 밀도를 측정할 수 있는 중입자 음향 진동(BAO) 기술이 적용돼 암흑에너지를 관측할 수 있다.

유클리드는 우주의 비밀을 풀어줄 열쇠지만, 같은 L2 지점에서 관측을 수행하는 제임스웹과 비교하면 크기가 작다. 제임스웹은 가로 20m, 세로 14m로 항공기 정도 크기인 반면, 유클리드는 가로 4.5m, 세로 3.1m로 트럭 정도 크기다. 반사경 크기를 6.5m로 늘려 분해능을 극대화한 제임스웹과 달리 유클리드는 직경이 1.2m 정도다.

차세대 우주망원경을 개발 중인 미 항공우주국(NASA·나사)도 본격적인 암흑물질 관측에 나서고 있다. NASA는 2027년 ‘낸시 그레이스 로먼’ 우주망원경을 발사할 계획이다. 이 우주망원경은 거울 지름이 2.4m로 허블과 비슷하지만, 광시야계측기로 고해상도 촬영이 가능하다. 허블보다는 100배 넓은 시야각으로 단기간에 광범위한 우주를 관측할 수 있다.

유클리드 프로젝트의 책임자인 르네 로네이스 프랑스 파리대 교수는 “암흑물질과 암흑에너지는 미묘한 변화로 자신을 드러낸다”면서도 “유클리드가 관측할 방대한 양의 데이터에서 어떤 발견이 이뤄질지 예측하기는 어렵다”고 말했다.

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