우주 이야기 1206 - 외계 행성의 표면을 직접 관측할 수 있는 중력 망원경

(Diagram showing a conceptual imaging technique that uses the sun’s gravitational field to magnify light from exoplanets. This would allow for highly advanced reconstructions of what exoplanets look like. Credit: Alexander Madurowicz)

중력 렌즈는 은하나 은하단처럼 거대한 질량을 가진 천체 근처에서 빛의 경로가 휘어지면서 렌즈처럼 이미지가 확대되는 현상을 의미합니다. 아인슈타인의 상대성 이론에서 예측되었는데 이제는 천문학에서 없어서는 안될 자연의 관측 도구가 되고 있습니다.

그런데 원리상 태양계 내부에 있는 천체도 중력 렌즈의 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어 태양도 렌즈의 역할을 할 수 있는 셈입니다. 다만 태양의 밝은 빛에서 희미한 빛을 모아 이를 다시 재구성해 이미지를 만들기가 극도로 어렵다는 문제가 있습니다.

스탠포드 대학 및 카블리 입자 천체물리학 및 우주학 연구소의 브루스 맥킨토시 (Bruce Macintosh, a physics professor at in the School of Humanities and Sciences at Stanford and deputy director of the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC))와 그 동료들은 천체물리학 저널에 태양을 이용한 외계 행성 직접 관측 방법인 중력 망원경 (Gravity telescope)를 발표했습니다.

외계 행성의 표면 지형을 흐릿하게라도 보기 위해서는 지구 지름의 20배에 달하는 거대한 렌즈가 필요합니다. 당연히 이런 렌즈는 만들 수가 없기 때문에 연구팀은 외계 행성 - 태양 - 지구가 일직선으로 우연히 지날 때 태양 주변에 고리처럼 희미하게 나타나는 중력 렌즈 이미지를 모아 다시 재구성하는 방법을 이론적으로 예측했습니다.

물론 태양 빛은 너무나 밝고 멀리 떨어진 별도 아니고 외계 행성은 말힐 수 없을 만큼 어둡기 때문에 중력 렌즈에서 그 빛만 따로 분리한다는 일은 기술적으로 극히 힘듭니다. 그래도 연구팀은 불가능하지는 않을 것으로 예측했습니다. 다만 적어도 50년 이상의 시간이 필요할 것으로 내다봤습니다.

실제로 그때가 되면 외계 행성의 표면을 직접 관측하고 표면 지형을 확인할 수 있을지는 모르겠지만, 21세기 후반까지 제가 살아서 그걸 볼 수 있을까라는 생각이 드는 소식입니다.

참고

https://phys.org/news/2022-05-scientists-gravity-telescope-image-exoplanets.html

Alexander Madurowicz et al, Integral Field Spectroscopy with the Solar Gravitational Lens, The Astrophysical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac5e9d

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