한국인 과학자, 우주의 팽창 속도 구하는 새 방법 제시

중력렌즈 활용 새 허블상수 구해

지인 독일 막스플랑크 천체물리학연구소 연구원팀은 중력렌즈를 활용해 허블상수를 구하는 새로운 기법을 제시했다. 중력렌즈 역할을 하는 은하(G1)으로 인해 여러 곳에서 동시에 나타나는 별빛(A,B,C,D)(A,B,C,D)을 분석해 렌즈 은하의 크기를 구하고 이를 통해 허블상수를 계산했다. 막스플랑크 천체물리연구소, 세리 수유 제공

독일에서 활동하는 한국인 과학자와 동료들이 우주의 크기와 나이를 더 정확하게 구하는 새로운 방법을 알아냈다. 

지인 독일 막스플랑크 천체물리학연구소 연구원과 쉐리 수유 독일 뮌헨공대 교수 공동연구팀은 중력렌즈를 활용해 허블상수를 구하는 새로운 기법을 제시한 연구결과를 이달 12일 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

허블상수는 미국 천문학자 에드윈 허블이 우주가 팽창한다는 발견을 학계에 보고하면서 우주의 팽창 속도로 제시한 값이다. 허블상수는 1메가파섹(MPc, 메가는 100만, 1파섹은 약 3.26광년)만큼 떨어져 있는 천체가 초당 얼마의 속도로 멀어지고 있는지를 나타낸다. 허블상수는 우주에 대한 이해를 넓힐 뿐 아니라 이를 역산하면 우주의 나이를 구할 수 있다. 천문학자들은 지금도 좀 더 정확한 허블상수를 찾기위해 연구에 뛰어들고 있다.

최근 들어 허블 상수의 값을 구하는 문제는 다시 주목받고 있다. 허블상수 측정법은 크게 두 가지다. 하나는 초기 우주로부터 방출되는 우주배경복사를 이용해 측정하는 방법이다. 우주 팽창을 설명하는 우주론에서 도입된 개념인 우주배경복사로 인한 우주의 온도를 측정함으로써 우주 팽창 패턴을 역으로 계산하는 방식이다. 다른 하나는 초신성 폭발이나 세페이드 변광성처럼 지구로부터의 거리를 추정할 수 있는 별을 측정해 거리를 구함으로써 우주의 팽창 정도를 계산하는 방식이다.

문제는 두 방식이 정교해질수록 허블상수의 차이가 벌어진다는 점이다. 2000년대 초만 해도 두 방식을 활용한 허블상수는 70~72 사이로 비슷하게 측정됐다. 하지만 기술이 정교해질수록 둘 사이의 차이가 나고 있다. 지난해 우주배경복사를 관찰하는 플랑크 위성이 관측한 데이터를 토대로 계산된 허블상수 값은 67.66이다. 반면 세페이드 변광성 관측 결과를 토대로 올해 5월 아담 리스 미국 존스홉킨스대 교수팀이 관측한 최신 허블상수는 74.03이다.

연구팀은 중력렌즈 현상을 활용하는 새로운 허블상수 측정법을 제시했다. 중력렌즈는 빛이 천체의 중력장에 의해 경로가 휘어지는 현상이다. 먼 천체에서 방출된 빛이 중력렌즈 천체를 지나가게 되면 여러 개로 보이는 현상이 나타난다. 이때 지구를 향해 오는 빛의 이동경로가 차이가 나므로 빛의 속도가 일정한 것을 이용하면 렌즈로 활용되는 은하의 물리적 크기를 구할 수 있다. 이 은하를 겉보기 크기와 비교하면 은하와 지구의 거리를 계산할 수 있다.

연구팀은 이런  접근법을 토대로 초신성 측정을 통해 얻은 허블상수를 교정해 82.4라는 결론을 도출했다. 기존 허블상수보다 큰 값이지만 약 8의 오차범위를 포함하면 통계적으로 다른 관측과 일치한다는 게 연구팀의 설명이다. 지 연구원은 “이번 연구는 허블상수를 측정하는 새로운 방법을 제안한 데 의의가 있다”며 “측정값이 절대적으로 옳지도 않고 측정 오차가 다른 방법에 비해 아직 큰 것도 사실”이라고 말했다.

연구팀은 우주론 모델과 관련 없이 일정한 값의 허블 상수를 관측할 수 있고 다른 관측에 의존하지 않는다는 점에서 의미가 크다고 설명했다. 지 연구원은 “이번 연구는 (먼 곳에서 오는)초기 우주의 흔적이나 근거리 대상을 관측하지 않고 중간에서 관측되는 렌즈 은하를 활용함으로써 우주배경복사와 별 측정을 통한 관측값 사이를 매개하는 징검다리 같은 역할을 한다”며 “불확실성을 줄이기 위해 렌즈 은하 관측과 모델링이 추가되야 할 것으로 본다”고 덧붙였다.

지 연구원은 “우주론을 박사학위로 전공하며 SK 한국고등교육재단의 지원을 받았다”며 “기초과학 진흥에 관심을 갖고 후원해 주신 최태원 재단 이사장께 감사드리고 싶다”고 덧붙였다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]