우주 구성 거미줄 구조 '암흑물질' 필라멘트 첫 관측

연구팀이 발견한 암흑물질 필라멘트. 초록색 구름모양은 코마은하단과 필라멘트를 이루는 암흑물질이다. 연세대

국내 연구진이 우주의 골격을 이루는 거미줄 구조의 암흑물질 필라멘트를 검출하는 데 성공했다.

연세대는 지명국 천문우주학과 교수 연구팀이 거미줄 모양으로 복잡하게 연결되어 있다고 추정되는 우주 구조의 실제 단서를 처음으로 측정해 국제 학술지 '네이처 천문학'에 지난 5일 발표했다고 8 밝혔다.
 

천체물리학 이론에 따르면 우주 전체는 암흑 물질로 이뤄진 거미줄 구조로 복잡하게 얽혀있다. 암흑물질은 암흑에너지와 함께 우주의 대부분을 차지하고 있다고 추정되는 물질이나 빛을 내거나 외부 빛을 흡수 및 반사시키지 않아 중력을 통해서만 인식할 수 있다. 

거미줄 구조의 암흑물질은 가느다란 실 같은 필라멘트가 서로 얽혀있는 모양새다. 각 필라멘트의 교차점엔 태양 질량의 1000조 배에 달하는 은하단이 형성돼 있다. 암흑물질은 눈에 보이지 않기 때문에 과학자들은 교차점에 생성된 은하단이나 필라멘트를 관측해 간접적으로 그 존재를 추정해야 한다. 

연구팀은 '중력 렌즈' 현상을 활용해 처음으로 암흑물질 필라멘트를 관측했다. 중력 렌즈는 천체에서 나온 빛이 지구에 도달하기 전 중력장의 영향을 받아 굴절돼 보이는 현상을 말한다. 배경에 있는 빛이 전경에 있는 물체의 중력에 의해 굴절되는 정도를 측정해 전경의 질량을 파악할 수 있다. 암흑물질도 빛을 휘게 만들기 때문에 중력 렌즈를 암흑물질 검출 도구로 활용한다. 

연구팀에 따르면 관측 결과가 실제 중력 렌즈 현상에 의해 휘어졌는지 알아내기는 쉽지 않다. 망원경의 광학오차로 찌그러진 모양이 보이거나 개별 은하의 모양이 원래부터 찌그러져 있을 수도 있기 때문이다. 따라서 은하의 모양을 얼마나 정확하게 측정하느냐에 검출의 성공 여부가 달려있다. 

지 교수 연구팀은 하와이 마우나케아 천문대 스바루 망원경의 중력렌즈 관측으로 얻은 데이터를 분석했다. 그 결과 지구로부터 약 3억 2000만 광년 떨어진 코마(Coma) 은하단에서 뻗어나가고 있는 암흑물질 필라멘트를 검출하는 데 성공했다.

연구를 이끈 지 교수는 "이번 연구 결과는 이론으로만 존재하던 우주의 거대 구조 진화 과정을 직접적으로 관측함으로써 검증한 것"이라며 "우주의 형성 기원과 진화에 대한 이해는 물론 표준 우주론 검증에 큰 역할을 할 것으로 기대된다"고 말했다.

[박건희 기자 wissen@donga.com]