우주의 탄생·팽창 등 여러 가지 비밀?

유럽우주국, 국제 우주대회서 우주 지도 프로젝트 '유클리드' 첫 공개

 

유럽우주국(ESA)이 지난해 발사한 '유클리드'가 첫 번째 우주 지도를 공개. ESA 홈페이지 캡처

우주는 끝이 어디인지 모를 정도로 넓고 넓은 우주에 비하면, 인간은 너무 작은 미미한 먼지와 같은 존재입니다. 우주에 대해 우리는 아직 모르는 게 정말 많기도 합니다. 학창 시절 지구 과학을 통해 배웠던 지식만이 있습니다.

 

하지만 인류는 멈추지 않고 연구와 실험을 거듭하며, 우주의 비밀에 한 걸음씩 다가서고 있습니다. 최근 또 하나의 이정표가 세워졌는데, 유럽우주국(ESA)이 지난해 발사한 '유클리드'가 첫 번째 우주 지도를 공개했기 때문입니다.

 

유클리드 우주 망원경이 포착한 은하단 '아벨 3381'. 유럽우주국(ESA) 홈페이지 캡처

드넓은 우주에서 인간이 볼 수 있는 물질이 전체의 5%밖에 안 된다는 사실, 혹시 알고 계셨나요? 그렇다면 나머지는 뭐냐고, 바로 우리가 볼 수 없는 '암흑 에너지(70%)'와 '암흑 물질(25%)' 입니다. 이것들에 우주의 탄생·팽창 등 여러 가지 비밀이 담겨 있을 거라고는 하는데, 밝혀진 건 별로 없다고 합니다.

 

◆ 암흑을 보는 망원경 유클리드란?

 

'암흑'에 대해 밝혀낼 우주망원경 '유클리드'를 태운 로켓이 발사 장면. ESA 홈페이지 캡처

지난 7월 1일, 미국에서 이 '암흑'에 대해 밝혀낼 우주망원경 '유클리드'를 태운 로켓이 발사됐습니다. 암흑을 직접 보는 건 아니고, 유클리드 망원경이 아주 멀리 떨어진 곳까지 볼 수 있다는 걸 이용하는 것입니다.

 

다시 말해, 아주 멀리서 오는 빛이 중간에 왜곡되는 현상을 분석해, 암흑 에너지와 암흑 물질의 존재를 계산하는 거라고 합니다.

 

유클리드 망원경의 촬영물을 이어 붙여 만들고 있는 우주 지도. ESA 홈페이지 캡처

그리하여 유클리드는 우주의 3D 지도를 만들고, 인류가 아직 실체를 파악하지 못한 암흑 물질·암흑 에너지의 정체를 밝히기 위해 만든 우주망원경입니다.

 

이번에 공개된 자료는 앞으로 만들 지도의 1%에 불과한 분량이지만, 은하 1,400만 개 등 약 1억 개의 별과 은하가 담겨 있다고 합니다.

 

유클리드 우주 망원경이 포착한 소용돌이 치는 은하계. ESA 홈페이지 캡처

유클리드는 화소 수가 208기가 픽셀(2,080억 픽셀)에 달해서, 4억 2,000만 광년(약 9조 4,600억㎞) 떨어진 곳에 있는 나선은하 'ESO364-G036'를 150배 확대해 자세히 들여다볼 수 있을 정도라고 합니다.

 

앞으로 6년 동안 더 활동하면서 우주의 비밀을 하나씩 밝혀낼 계획이라고 합니다. 유클리드가 우주에 대한 우리의 시야를 얼마나 더 넓혀줄 수 있을지 기대가 큽니다.

 

◆ 유럽우주국(ESA), 우주 지도 프로젝트 '유클리드' 첫 공개

 

유럽우주국(ESA)이 우주망원경 유클리드로 제작한 우주 지도 일부를 공개했다. 유클리드 프로젝트는 역대 최대 규모의 우주 입체 지도를 만드는 것이 목표다. 이번에 공개한 지도는 최종 목표의 1% 수준에 불과하다. ESA 홈페이지 캡처

유럽우주국(ESA)이 지난해 발사한 우주망원경 '유클리드'의 첫 번째 성과물을 공개했습니다. 유클리드는 우주 입체 지도를 제작하기 위해 발사했습니다.

 

이번 결과는 인간이 만들 역대 최대의 우주 지도 중 1%에 불과하지만, 은하 1,400만 개와 우리 은하 내부의 별 수천만 개를 포함하고 있다고 합니다.

 

유럽우주국(ESA)이 계획한 유클리드 프로젝트의 우주 지도 면적. ESA가 15일(현지 시각) 공개한 첫 지도(노란색)는 전체 지도의 1% 면적을 차지한다. ESA 홈페이지 캡처

ESA는 지난 10월 15일(현지 시각) 이탈리아 밀라노에서 열린 국제 우주대회에서 유클리드가 최근까지 수집한 영상을 토대로 만든 우주 지도를 공개했습니다.

 

유클리드는 ESA가 제작하고, 지난해 2023년 7월 발사는 미 항공우주국(NASA)이 맡았습니다. 유클리드의 임무는 우주의 입체 지도를 만들고 아직 실체를 찾지 못한 암흑 에너지와 암흑 물질의 정체를 밝히는 것이라 합니다.

 

암흑물질 25% 암흑에너지 70%.인간이 알아낸 우주는 고작 5%

과학자들은 우주에서 우리가 관측할 수 있는 물질은 5%에 불과하고 70%는 암흑 에너지라고 보고 있으며, 나머지 25%는 빛을 내지 않으면서 물체를 끌어당기는 암흑 물질로 불리고 있습니다.

 

유클리드는 앞으로 6년간 활동하며 최대 20억 개의 은하가 담긴 입체 지도를 만들 예정이라고 합니다. 이전까지 가장 컸던 우주 지도는, 암흑 에너지 분광 장비(DESI) 프로젝트로 만들어져 은하와 퀘이사 600만 개가량의 정보가 담겨 있다고 합니다.

 

이번에 공개한 우주 지도는 유클리드가 지난 3월 25일부터 4월 8일까지 수집한 데이터로 구성했습니다. 데이터량은 208기가 픽셀(1기가 픽셀은 10억 화소)에 달합니다. 면적으로 보면 밤하늘에 뜬 보름달 500개가 차지하는 영역과 비슷한 수준입니다.

 

우주 구름 '은하 권운' 배경화면

이번에 공개한 지도는 은하수 내부의 별들 사이에 있는 우주 구름 정보도 담겨 있습니다. 가스와 먼지가 섞여 만들어진 이 우주 구름은 '은하 권운'으로도 불립니다.

 

 

 

권운은 지구에서 흔히 만들어지는 형태로 새의 깃털처럼 보여 '깃털 구름'이라는 별명이 있습니다. 은하 권운은 은하수에서 방출되는 빛과 원적외선을 반사해 유클리드에 포착됐습니다.

 

유클리드우주망원경의 첫 우주 지도 중 일부를 150배 확대한 사진. 왼쪽은 4억2천만광년 거리에서 포착한 2개의 은하(ESO 364-G035 및 G036)가 충돌하는 모습, 오른쪽은 6억7800만광년 거리의 은하단 아벨 3381. 유럽우주국 제공

이외에도 나선은하 'ESO364-G036'의 고해상 영상도 얻었는데, ESO364-G036는 지구에서 4억 2,000만 광년(光年: 1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조 4,600억㎞) 떨어진 곳에 있습니다.

 

유클리드는 앞으로 더 넓고, 자세한 우주 지도를 공개해 나갈 예정이라서 하며, 유클리드는 목표 데이터의 12%를 이미 수집한 상태입니다. 최종 지도의 우선 공개는 내년 3월 공개 예정이며, 학술 데이터는 2026년 발표한다고 합니다.

 

◆ 유클리드 망원경의 주된 임무

 

우주의 최초 풀컬러 이미지를 공유하는 유클리드 임무

유럽우주국(ESA)이 현대 우주론의 가장 큰 수수께끼 가운데 하나인 암흑 물질과 암흑 에너지의 비밀을 밝혀내기 위해 발사한 유클리드 우주망원경의 관측 결과를 담은 첫 우주 지도를 공개했습니다.

 

지난해 발사된 유클리드 망원경은 6년 동안 6억 화소의 카메라로 하늘의 3분의 1 이상 영역에 있는 최대 100억 광년 거리의 수십억 개 은하들을 관측해 우주의 시공간 지도를 작성하는 것이 주된 임무였습니다.

 

유클리드 망원경의 관측지점

유럽우주국이 최근 이탈리아 밀라노에서 열린 국제 우주대회에서 공개한 이 지도에 담긴 영역은 전체 목표의 1%입니다. 하지만 이 작은 영역에 은하 1,400만 개를 포함해 약 1억 개의 별과 은하가 포함돼 있다고 합니다.

 

◆ 별 사이를 잇는 은하 깃털의 실체는?

 

별과 구름의 열린 은하의 다채로운 배경

공개된 사진은 화소 수가 208기가 픽셀(2,080억 픽셀)이나 되며, 최대 600배까지 확대해서 볼 수 있어 은하의 복잡한 구조를 선명하게 확인할 수 있습니다.

 

예컨대 약 4억 2천만 광년 떨어져 있고 지도 작성 영역의 0.0003%도 안 되는 나선은하 ESO 364-G036의 구조를 150배 확대해 상세히 들여다볼 수 있습니다.

 

유럽우주국은 지난 2월부터 본격적인 관측 활동을 시작한 이래, 지금까지 목표치의 12%까지 관측을 마쳤다고 밝혔습니다.

 

◆ 가까운 별에서 수십억 광년 은하단까지

 

은하 수십억 개의 별과 행성. 무한한 우주에 있는 조화우주 성운. 지구로부터 수십억 광년 떨어진 먼 별들과 은하계의 빛.

지구에서 태양 반대쪽으로 150만km 떨어진 우주공간에 있는 유클리드 망원경의 장점은 하늘에서 희미한 것과 밝은 것, 먼 것과 가까운 것, 작은 행성과 거대한 은하단을 모두 한 장의 사진에 담을 수 있다는 것입니다. 우주 초기에 탄생한 것에서부터 최근에 이르기까지 수십억 년에 걸친 시공간을 함께 보여준다고 합니다.

 

이를 위해 은하의 모양을 관측하는 가시광선 카메라(VIS)와 은하의 밝기와 거리 등을 측정하는 근적외선 분광계와 광도계(NISP) 두 가지 관측장비가 탑재돼 있다고 합니다.

 

6억 화소의 가시광선 카메라는 지상의 천체망원경보다 4배 이상 선명한 사진을 찍을 수 있으며, 시야각은 허블의 200배로, 한 번에 보름달 2배 크기의 하늘 영역을 관측할 수 있다 합니다.

 

◆ 유클리드가 암흑 물질을 찾는 방법

 

25%의 암흑 물질, 70%의 암흑 에너지는 대체 무엇일까?

우주론에 따르면 우주는 5%의 물질과 25%의 암흑 물질, 70%의 암흑 에너지로 구성돼 있습니다. 물질을 제외한 두 가지는 눈에 보이지 않습니다.

 

암흑 물질은 빛을 방출하거나 반사하지 않아 눈에 보이지는 않지만 자체 질량을 갖고 있습니다. 따라서 중력과 비슷한 효과로 은하들을 모아주는 자석 같은 역할을 합니다. 반면 암흑 에너지는 우주를 가속 팽창시키는 역할을 하는 것으로 과학자들은 추정하고 있습니다.

 

◆ 향후 계획

 

중력렌즈 이론과 관측

과학자들은 유클리드 망원경의 중력렌즈 관측을 통해 암흑 물질의 실체를 파악할 계획이라 합니다. 중력렌즈란 멀리 떨어진 천체에서 나온 빛이 거대한 천체들의 중력 영향을 받아 빛이 증폭되면서 굴절돼 보이는 현상을 말합니다.

 

암흑 물질엔 질량이 있으므로 유클리드 망원경이 포착한 중력렌즈를 분석하면, 은하에 의한 것과 암흑물질에 의한 중력렌즈 효과를 구분할 수 있을 것이라는 게 과학자들의 생각입니다.

 

우주의 화려한 불꽃놀이, 초신성 빛의 비밀

암흑 에너지는 은하 사이의 거리 변화, 초신성 빛이 멀어지는 속도 등을 통해 추적합니다. 유클리드를 통해 우주를 깊이 들여다보면서 서로 다른 시기의 우주 크기를 비교하면, 언제부터 우주 팽창 속도에 변화가 생겼는지 파악할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

 

자료 도움 : 뉴닉, ESA 홈페이지