"왜 우주는 계속 커질까"…암흑에너지 분석 美·유럽 맞손

ESA, '유클리드' 우주망원경 7월 발사…NASA '낸시 로먼' 파트너로
유클리드는 넓게, 로먼은 좁게 관측…더 정확한 3D 우주 지도 제작

초기 우주의 상상도. (사진=ESA) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 미국과 유럽이 우주 팽창을 가속화하는 미지의 힘 '암흑 에너지'의 비밀을 함께 파헤치기로 했다. 향후 발사될 최신 우주망원경들을 활용해 우주를 여러 범위로 관측함으로써 우주에서 일어나고 있는 근본 작용에 대한 중요한 단서를 밝힐 수 있을 것이라는 기대가 나온다.

29일 미 항공우주국(NASA)와 유럽우주국(ESA)에 따르면 ESA는 오는 7월 '유클리드' 우주 망원경을 발사한다. 유클리드는 NASA가 오는 2027년 5월 발사를 계획 중인 '낸시 그레이스 로먼' 우주 망원경과 함께 우주의 팽창이 왜 빨라지고 있는지를 탐구할 예정이다.

우주의 모든 물질은 서로 끌어당기는 중력을 갖고 있다. 이를 고려하면 물질들이 서로 끌어당기면서 우주는 점점 축소되는 것이 자연스럽다. 하지만 수십억년의 시간이 흐르는 동안 우주는 계속해서 팽창하며 더 커지고 있다.

학계에서는 이처럼 중력에 반해 우주를 팽창시키고 있는 미지의 힘을 바로 '암흑 에너지'라고 명명하고 있다. 우주 전체의 구성 요소를 살펴보면 별·은하처럼 우리가 눈으로 볼 수 있는 물질들은 고작 5% 수준인 반면 암흑 에너지는 가장 많은 69%에 달할 것으로 추정되고 있다.

암흑 에너지에 의해 우리 우주가 점점 더 빠르게 팽창하고 있다는 사실이 관측된 것은 지난 1998년이나, 25년이 지난 현재에도 암흑 에너지의 정체와 우주의 팽창 원리는 미스터리로 남아있다.

유클리드와 낸시 로먼의 핵심 임무는 이 암흑 에너지의 비밀을 알아내는 것이다. 두 우주 망원경의 협업을 통해 이전보다 훨씬 더 정확한 방법으로 암흑 에너지를 측정해낼 수 있을 것이라는 게 NASA와 ESA의 기대다. 유클리드와 낸시 로먼이 서로 다른 전략을 꾀하는 만큼 더 정확한 3D 우주 지도를 만들 수 있을 것으로 보인다.

유클리드의 경우 적외선과 광학 파장 대역에서 하늘의 약 3분의 1에 해당하는 넓은 영역을 관측하게 된다. 낸시 로먼은 허블이나 제임스웹보다는 넓지만 유클리드보다는 좁은 하늘의 약 20분의 1에 해당하는 지역을 탐사한다. 즉, 유클리드가 더 넓고 멀리 있는 우주에 집중하는 동안 낸시 로먼은 태양계 외곽이나 가까운 은하에 있는 천체와 우주를 연구하는 식이다.

이렇게 두 망원경이 관측을 함께 진행하면 조사 범위가 중복될 여지가 많다. NASA와 ESA는 두 망원경의 영역이 중복될 경우 낸시 로먼이 확보한 더 자세하고 정확한 데이터를 토대로 넓은 범위의 유클리드의 관측 데이터를 수정하고, 향후 더 넓은 영역까지 이같은 수정 사항을 확장할 계획이다.

우주를 배경으로 한 유클리드 우주 망원경(왼쪽)과 낸시 그레이스 로먼 망원경의 상상도. (사진=NASA) *재판매 및 DB 금지

유클리드와 낸시 로먼은 암흑 에너지 탐색 외에도 별도의 방법으로 우주 팽창 가속화의 원인 파악에 나서게 된다. 이들 두 망원경은 '중력 렌즈'를 활용해 암흑 에너지와는 또 다른 미지의 존재인 '암흑 물질'의 축적에 대해서도 연구할 예정이다.

중력 렌즈는 중력과 질량을 갖고 있는 물체에 의해 빛이 굴절되는 현상이다. 별이나 은하처럼 중력이 있는 천체가 존재하지 않는 곳에서도 빛이 굴절되는 것이 관측되면서 보이지 않는 질량과 중력을 가진 암흑 물질의 존재를 확인할 수 있게 됐다.

NASA와 ESA는 암흑 물질 덩어리로 인한 왜곡을 연구함으로써 유클리드와 낸시 로먼이 각각 3D 암흑 물질 지도를 만들게 한다는 계획이다. 암흑 에너지와 반대로 암흑 물질은 우주의 팽창에 반발하는 중력을 갖고 있는데, 이를 역으로 분석해 우주 팽창 가속에 대한 단서를 파악할 수 있을 것이라는 계산이다.

또한 두 우주 망원경은 은하들이 서로 다른 시간대의 우주에 어떻게 뭉쳐있는지도 관측할 예정이다. 더 먼 과거의 은하를 연구함으로써 은하 간의 거리 등을 파악하고, 이를 토대로 우주의 팽창과 중력의 영향 등을 확인할 수 있을 것으로 보인다.

낸시 로먼의 경우 더 나아가 우주 팽창 가속과 암흑 에너지의 존재를 확인하게 해 준 'Ⅰa형 초신성'에 대한 추가 조사까지 진행할 예정이다.

NASA는 "넓은 범위에 대한 유클리드의 첫 조사는 향후 낸시 로먼의 더 심층적인 조사에 정보를 제공하게 될 것"이라며 "유클리드와 낸시 로먼의 연구를 그저 부분적으로 합치는 것보다 더 많은 결과를 얻을 것으로 본다. 두 망원경의 관찰을 합치는 것은 천문학자들이 우주에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지를 더 잘 이해할 수 있게 해 줄 것"이라고 전했다.

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