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우주 이야기 1424 - 중력 렌즈가 만든 반지 모양 퀘이사



 (A small image of a galaxy distorted by gravitational lensing into a dim ring. At the top of the ring are three very bright spots with diffraction spikes coming off them, right next to each other: these are copies of a single quasar in the lensed galaxy, duplicated by the gravitational lens. In the centre of the ring, the elliptical galaxy doing the lensing appears as a small blue dot. The background is black and empty. Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Nierenberg)

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아인슈타인의 상대성 이론에서 예측된 현상 중 하나는 은하나 은하단 같은 무거운 천체 주변에서 빛이 중력에 의해 휘어져서 렌즈처럼 빛이 증폭되는 중력 렌즈 현상입니다. 아인슈타인의 사후에 중력 렌즈 효과는 실제로 확인되었을 뿐 아니라 천문학에서 매우 중요하게 활용되고 있습니다.

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예를 들어 멀리 떨어진 은하나 퀘이사에서 나온 약한 빛이 중간에 있는 은하나 은하단의 중력 렌즈에 의해 몇배에서 몇십 배 증폭되면 본래는 관측할 수 없었던 천체도 쉽게 관측할 수 있습니다. 반대로 중력 렌즈 효과를 통해 숨어서 중력을 행사하는 천체나 암흑물질의 분포를 확인할 수도 있습니다.

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2014년 과학자들은 허블 우주 망원경과 찬드라 X선 망원경을 이용해서 지구에서 60억 광년 떨어진 퀘이사인 RX J1131-1231를 관측했습니다. 사실 퀘이사는 매우 밝은 천체이기 때문에 이 정도 거리에서는 중력 렌즈가 없어도 관측이 가능합니다. 하지만 중력 렌즈 덕분에 훨씬 확대된 이미지로 더 많은 정보를 알아낼 수 있습니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/100206892597

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당시 과학자들은 RX J1131-1231 자전 속도를 측정해 광속의 절반 수준에 달한다는 사실을 확인했습니다. 이를 통해 이 퀘이사는 거대 질량 블랙홀의 충돌을 통해 성장했다는 증거를 얻었습니다.

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10년의 세월이 흐른 후 제임스 웹 우주 망원경은 다시 RX J1131-1231를 관측했습니다. 중력 렌즈는 인간이 만든 렌즈처럼 매끈하지 않기 때문에 상이 일그러지거나 여러 개로 중복되는 경우가 많습니다. 그런데 RX J1131-1231의 경우 독특하게도 마치 반지에 세 개의 보석을 박은 것같은 외형을 지니고 있습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-07-webb-bejeweled-lensed-quasar-rx.html

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