6억광년 우주에 나타난 ‘아인슈타인 반지’

곽노필의 미래창
중력에 의한 빛 굴절이 만든 희귀 현상
굴절된 빛의 실체는 44억광년 거리 은하

유클리드우주망원경이 촬영한 NGC 6505 은하 중심부와 이를 둘러싸고 있는 ‘아인슈타인 링’. 유럽우주국 제공

5억9천만광년 거리에 있는 은하 ‘NGC 6505’에서 중력렌즈가 만든 거대한 ‘아인슈타인 링(반지)’이 발견됐다. 1884년 처음 발견된 NGC 6505 은하에서 이런 희귀한 우주 현상이 관측된 것은 처음이다.

중력렌즈란 질량을 가진 물체는 시공간을 휘게 만든다는 아인슈타인의 일반상대성이론을 입증하는 현상으로, 거대한 천체의 중력이 마치 돋보기 렌즈처럼 작동해 다른 천체의 빛을 증폭 굴절시키는 것을 말한다. 중력이 클수록 빛이 심하게 굴절된다. ‘아인슈타인 링’은 그 중에서도 두 천체가 일직선상에 정확히 정렬돼 있을 때 휘어진 빛이 반지와 같은 형상을 이룬 것을 가리키는 말이다.

사진에서 중력렌즈에 의해 빛이 휜 은하는 44억2천만광년 떨어진 거리에 은하로 추정된다. 아직까지 관측된 적이 없는 천체다.

이 사진은 유럽우주국(ESA)이 현대 우주론의 가장 큰 수수께끼 가운데 하나인 암흑 물질과 암흑 에너지의 비밀을 밝혀내기 위해 2023년 발사한 유클리드우주망원경으로 찍은 것이다.

5억9천만광년 거리에 있는 NGC 6505 은하. 중력렌즈 현상이 만든 ‘아인슈타인 링’이 은하 중심부에서 처음으로 발견됐다. 유럽우주국 제공

중력렌즈 분석해 암흑물질 추정

우주론에 따르면 우주는 5%의 물질과 27%의 암흑 물질, 68%의 암흑 에너지로 구성돼 있다.

암흑 물질은 빛을 방출하거나 반사하지 않아 눈에 보이지는 않지만 자체 질량을 갖고 있다. 따라서 중력과 비슷한 효과로 은하들을 모아주는 자석 같은 역할을 한다. 암흑 에너지는 우주를 가속 팽창시키는 역할을 하는 것으로 과학자들은 추정한다.

암흑 물질엔 질량이 있으므로 유클리드망원경이 포착한 중력렌즈를 분석하면 은하에 의한 것과 암흑물질에 의한 효과를 구분할 수 있다. 최근 국제학술지 ‘천문학과 천체물리학’에 관측 결과를 발표한 과학자들은 NGC 6505의 중심부에 약 11%의 암흑물질이 포함돼 있는 것으로 추정했다.

지금까지 관측된 중력 렌즈 현상은 1000개 미만이며, 이 가운데 10분의 1 정도가 아인슈타인 링 모양을 하고 있다. 이번에 발견한 아인슈타인 링은 역대 가장 가까운 것이다.

유클리드망원경은 지구에서 태양 반대쪽으로 150만km 떨어진 우주공간에서 관측 활동을 하고 있다. 6년 동안 6억화소의 카메라로 하늘의 3분의 1 이상 영역에 있는 최대 100억광년 거리의 수십억개 은하들을 관측해 우주의 시공간 지도를 작성하는 것이 주된 임무다.

이를 위해 은하의 모양을 관측하는 가시광선 카메라(VIS)와 은하의 밝기와 거리 등을 측정하는 근적외선 분광계·광도계(NISP) 두 가지 관측장비가 탑재돼 있다.

6억 화소의 가시광선 카메라는 지상의 천체망원경보다 4배 이상 선명한 사진을 찍을 수 있다. 시야각은 허블의 200배로, 한 번에 보름달 2배 크기의 하늘 영역을 관측할 수 있다.

*논문 정보

Euclid: A complete Einstein ring in NGC 6505.

https://doi.org/10.1051/0004-6361/202453014

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr