우주 이야기 620 - 중력 렌즈를 통해 우주의 팽창을 확인하다.

(International astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope have made an independent measurement of how fast the Universe is expanding. The newly measured expansion rate for the local Universe is consistent with earlier findings. These are, however, in intriguing disagreement with measurements of the early Universe.

Credits: NASA, ESA, Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), Auger (University of Cambridge))

 중력렌즈는 중력에 의해 시공간이 변형되면서 그 경로를 지나는 빛이 굴절되 마치 렌즈 같은 역할을 하는 것입니다. 과학자들은 중력 렌즈 덕분에 숨어 있는 천체의 존재를 알아낼수도 있고 멀리 떨어진 은하를 더 밝게 확대해서 볼 수 있습니다. 하지만 중력 렌즈의 유용성은 이것뿐만이 아닙니다. 

 우리의 우주는 팽창중에 있습니다. 그것도 멀리 떨어진 은하는 더 빨리 멀어지는 가속 팽창을 하고 있습니다. 이는 우주의 물질-에너지 가운데 가장 큰 비중을 차지하는 암흑 에너지 때문으로 생각되지만 아직 그 정체에 대해서는 모르고 있습니다. 

 우주의 가속 팽창을 알아내는데 크게 기여한 것은 우주의 표준 촛불로 불리는 Type Ia 초신성 폭발입니다. 최고 밝기가 거의 일정하기 때문이죠. 그런데 사실 그 이외에도 팽창 속도를 계산할 수 있는 다른 방법들이 존재합니다. 예를 들어 플랑크 위성이 관측한 우주 배경 복사등이 그런 경우입니다. 

 독일 뮌헨 공과대학 및 막스 플랑크 천체 물리학 연구소의 세리 수유(Sherry Suyu, Max Planck professor at the Technical University Munich (TUM) and the Max Planck Institute for Astrophysics in Garching)와 그 동료들은 나사의 허블 우주 망원경을 이용해서 독특한 방식으로 허블 상수를 구하는 방법을 발표했습니다. 

 허블상수 참조 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1223954&cid=40942&categoryId=32286

 이들이 주목한 것은 바로 중력 렌즈입니다. 멀리 떨어진 퀘이사의 빛이 중력 렌즈에 의해 위의 사진에서처럼 여러 개의 허상이나 혹은 고리 모양으로 펼쳐지는 것을 이용하는 것입니다. 사실 중력 렌즈는 정확히 초점이 맞는 경우가 별로 없기 때문에 상이 일그러지거나 여러 개의 상이 맺히게 됩니다. 

 이는 다시 말해 각각의 빛이 지나는 경로가 동일하지 않다는 이야기입니다. 동시에 각각이 상이 사실 하나의 퀘이사를 다른 시점에서보는 것과 같습니다. 중력 렌즈의 각각의 상이 맺히는데 걸리는 시간과 거리를 계산하면 역으로 우주의 팽창속도를 측정할 수 있게 되는 것입니다. 연구팀은 이 방법으로 허블 상수를 3.8% 오차 이내로 측정할 수 있다고 합니다. 

 우주의 팽창 속도를 구하는 것은 우주의 진화와 운명을 예측하는데 매우 중요합니다. 앞으로도 계속해서 새로운 방법으로 정확한 우주의 팽창속도를 구하기 위한 연구가 계속될 것입니다. 

 참고 

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/cosmic-lenses-support-findings-on-accelerated-universe-expansion