유클리드 우주 망원경 : 암흑 물질과 에너지를 연구하는 획기적인 임무

엄청나게 넓은 시야를 사용하는 유클리드 우주 망원경은 우주의 가장 신비한 두 가지 구성 요소인 암흑 물질과 암흑 에너지를 찾습니다. 유럽 우주국의 유클리드 우주 망원경은 미국 플로리다 주 케이프 커내버럴에서 성공적으로 발사됐습니다. 이 획기적인 우주 망원경은 우주의 가장 큰 미스터리 두 가지인 암흑 물질과 암흑 에너지에 대한 단서를 찾아낼 전망입니다. 암흑 물질과 암흑 에너지는 우주의 약 95%를 구성하고 있음에도 불구하고 직접적으로 검출할 수 없습니다.

 

대신 과학자들은 우주 전역의 많은 은하에서 볼 수 있는 중력 뒤틀림 효과를 통해 이를 관찰, 유클리드의 거대한 시야는 뒤틀린 시공간 탐색을 크게 확장할 것입니다. 기하학의 아버지라 불리는 고대 그리스 수학자의 이름을 딴 유클리드는 높이 4.5m, 지름 3.1m의 우주 망원경으로, 여기에는 은하의 거리와 밝기를 측정하는 근적외선 카메라와 은하의 모양을 연구하는 가시광선 카메라라는 두 가지 장비만 장착되어 있습니다.

 

단독으로 촬영한 유클리드의 카메라는 우주 망원경에서 흔히 볼 수 있으며 이를 획기적으로 만드는 것은 계획된 6년간의 스캐닝을 완료할 때까지 전체 밤하늘의 3분의 1과 10억 개 이상의 은하가 목록에 기록될 것이라고 예상되는 관측기의 시야입니다. 망원경은 최대 100억년의 과거를 볼 수 있어야 하는데 이는 130억년 이상을 되돌아본 제임스 웹 우주 망원경보다 약간 적은 수치입니다.

 

유럽 우주국은 위성의 두 가지 주요 과학 장비를 테스트하기 위해 유클리드가 촬영한 첫 번째 이미지를 공유했습니다. 유클리드의 근적외선 분광계 및 광도계로 촬영한 이미지에는 수십억 개의 별과 은하로 이루어진 눈부신 별 풍경이 드러났습니다. 장비의 탐지기에 도달하기 전에 멀리 있는 물체로부터 나온 빛은 모든 별과 은하의 빛을 파장에 따라 분할하는 필터를 통과했고 천문학자들은 각 물체가 무엇으로 만들어졌는지, 그리고 지구에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 확인할 수 있었습니다. 또한 연구원들은 육안으로 볼 수 있는 것과 동일한 유형의 가시광선으로 우주를 포착하기 위해 유클리드의 가시광선 장비를 테스트했으며 이 조밀한 별 풍경을 수집하는 데 566초가 걸렸습니다.

 

연구에 참여한 과학자는 "두 테스트 모두 대부분 처리되지 않았으며 유클리드가 완전히 작동할 때 무엇을 제공할 수 있는지에 대한 힌트만 제공했습니다"라고 말했습니다. 과학자들은 "유클리드의 데이터가 수집되면 이를 사용해 두 개의 우주 지도를 만들 것"이라고 전했습니다. 첫 번째는 중력 렌즈를 통해 우주 전체에 암흑 물질이 확산되는 과정을 자세히 설명하고 있으며 중력 렌즈에서는 물질이 시공간에서 곡선 경로를 통해 먼 곳의 빛을 굴절시켜 확대합니다. 연구팀의 또 다른 구성원은 우주의 가속 성장에 있어 원인으로 의심되는 암흑 에너지를 연구하기 위해 거대 물질 충격파인 소위 중입자 음향 진동을 사용할 것이라고 두 번째 이미지에 대한 부연을 더 했습니다.

 

과학자들의 설명에 따르면 우주 물질 가운데 85%를 차지하는 암흑 물질은 신비로우면서도 다소 모순적인 유형의 물질입니다. 빛과 직접적으로 상호작용하지 않아 완전히 보이지 않기 때문, 이에 "그렇다면 암흑물질이 존재하는지 어떻게 알 수 있을까"라는 의문이 곳곳에서 제기됐습니다. 이러한 질문에 대해 한 과학자는 "암흑 물질 자체는 눈에 보이지 않지만, 주변 환경과의 중력 상호 작용은 그렇지 않다. 은하의 극단적인 중력 뒤틀림이나 은하 중심을 공전할 때 설명할 수 없는 속도로 별을 가속시키는 방식에서 암흑 물질의 존재가 명백해진다"라는 답변을 내놨습니다.

 

암흑 물질의 구성은 정확히 알려져 있지 않지만, 일부 이론에서는 양성자 질량의 각각 10~100배에 달하는, 거대 입자라고 불리는 가상의 입자가 이론적 격차를 메울 이상적인 후보가 될 수 있다고 주장합니다. 또 다른 이들은 전자 크기의 10억분의 1보다 작은 액시온이라 불리는 입자가 물질의 주요 후보가 될 수 있다는 주장을 펼쳤습니다. 암흑 에너지는 우주의 가속되고 폭주적인 팽창이라는 불가사의한 현상에 붙여진 이름으로 우리 우주 물질의 양과 그에 따른 중력의 세기를 고려할 때 일어나서는 안 되는 현상입니다. 이름이 비슷하다는 점을 제외하면 사실상 암흑 에너지는 암흑 물질과 거의 관련이 없습니다.

 

우주론자들은 이와 관련해 "우주 구조에 존재하는 어떤 신비한 힘이 모든 것을 바깥쪽으로 밀어내고 있음이 틀림없습니다"라는 답변을 제시했습니다. 우주의 68%가 암흑 에너지로 구성되어 있다고 추정한 나사는 "27%는 암흑 물질이고, 눈에 보이는 물질은 5%에 불과합니다"라는 설명을 덧붙였습니다.