우주 이야기 476 - 중력 렌즈로 포착한 암흑 왜소 은하

(Composite image of the gravitational lens SDP.81 showing the distorted ALMA image of the more distant galaxy (red arcs) and the Hubble optical image of the nearby lensing galaxy (blue center object). By analyzing the distortions in the ring, astronomers have determined that a dark dwarf galaxy (data indicated by white dot near left lower arc segment) is lurking nearly 4 billion light-years away. Credit: Y. Hezaveh, Stanford Univ.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); NASA/ESA Hubble Space Telescope )

종종 보이는 것만이 전부가 아닐때가 있습니다. 이 말은 천문학에서도 마찬가지로 진리입니다. 왜냐하면, 우주에 있는 물질의 대부분이 사실 우리가 아직 정체를 알지 못하는 암흑 물질이기 때문이죠. 과학자들은 중력을 통해서 암흑 물질의 존재를 증명했지만, 눈에 보이는 별, 가스, 은하 등과는 달리 그 정체는 아직 모르고 있습니다. 글자 그대로 암흑 물질인 셈이죠.

은하 가운데는 일반적인 은하와는 별은 거의 없고 암흑 물질만 주로 존재하는 암흑 은하들이 있습니다. 이런 은하들이 어떻게 탄생하고 진화했는지에 대해서는 아직 잘 모르지만, 역시 중력의 힘을 빌어 그 존재를 증명할 수 있습니다.

2014년, 세계에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA는 Long Baseline Campaign을 통해서 멀리 떨어진 천체를 다수 관측했습니다. 이 때 얻은 아인슈타인 링 가운데는 암흑 왜소 은하 (Dark dwarf galaxy)에 의한 것도 존재했습니다.

중력 렌즈효과는 아인슈타인의 상대성 이론에 따라 빛의 경로가 휘어지면서 렌즈처럼 작용해서 나타나는 현상입니다. 이 현상을 통해 렌즈 역할을 하는 천체의 존재와 질량을 추정할 수 있습니다. 중력 렌즈는 천체를 십자가 모양이나 더 심하게는 고리 모양으로 보이게 하는데, 이는 아인슈타인 십자가, 아인슈타인 링 등으로 불립니다.

사진에서 보이는 아인슈타인 링은 40억 광년 떨어진 암흑 왜소 은하에 의한 것으로 확대된 은하는 120억 광년이나 떨어진 것입니다. 대형 은하의 헤일로에 숨어 있던 왜소 은하의 존재가 중력 렌즈를 통해 드러난 것입니다.

이렇게 중력 렌즈는 보이는 천체, 보이지 않는 천체 모두를 우리에게 보여주는 귀중한 존재인 셈입니다.

참고

"Detection of Lensing Substructure Using ALMA Observations of the Dusty Galaxy SDP.81," Yashar Hezaveh et al., 2016, Astrophysical Journal, Arxiv:arxiv.org/abs/1601.01388

http://phys.org/news/2016-04-dwarf-dark-galaxy-hidden-alma.html#jCp

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