허블, 암흑 물질의 유령 고리 공개

천문학자들은 거대하고 유령 같은 암흑 물질 고리를 발견했습니다. 50억 광년 거리에 있는 이것은 지금까지 드러난 것 중, 우주 전체에 숨겨져 있는 신비한 물질의 존재에 대한 가장 노골적인 증거입니다. 암흑 물질은 우주에서 중력을 발생시키는 질량의 대부분을 차지하지만, 실제로 우리가 보고 만질 수 있는 물질은 약 10%에 불과합니다. 과학자들은 "암흑 물질이 존재하지 않았다면 은하수와 같은 은하계는 심각한 중력 접착제 부족으로 인해 이미 떨어져 나갔을 것"이라고 발표했습니다. 연구원들은 오래되었지만, 강력한 허블 우주 망원경이 ZwCl0024+1652 클러스터로 알려진 은하단을 향하고 있음을 보고했습니다. 당시 알려지지 않은 이 고리는 언뜻 보면 반짝이는 은하단 위, 연못의 잔물결처럼 보였습니다. 존스홉킨스대학 지명국 교수는 "고리를 봤을 때 인공물인 줄 알고 짜증이 났다"라며 입을 열었습니다. 천문학자들은 그것이 결함이 아니라고 강조했습니다. 지 교수와 다른 동료들은 고리를 제거하려고 데이터 조정을 시도했지만, 그럴수록 고리 모양의 변칙성은 더 많이 튀어나왔습니다. 지 교수는 "고리가 진짜라는 것을 스스로 확신하는 데 1년 이상이 걸렸다"라며, "여러 개의 클러스터를 살펴봤지만, 이와 같은 것은 본 적이 없다"라고 전했습니다.

 

천문학자들은 "고리에 암흑 물질이 많이 존재하기 때문에 고리 주변의 빛을 구부려 파급 효과를 생성한다"라고 이야기했습니다. 이것은 암흑 물질의 특징입니다. 폭이 260만 광년인 해당 고리는 60~70억 년 전, 두 개의 거대한 은하단이 정면충돌로 서로 부딪혀 신비한 물질을 바깥쪽으로 내뿜으면서 형성된 것으로 추정됩니다. 은하계 뺑소니 사건이 지구의 시야 밖에서 발생했다면, 그 결과는 천문학자들이 암흑 물질에 대한 강력한 증거로 보는 또 다른 우주 충돌 지점, ‘총알 클러스터’와 비슷해 보일 수 있습니다. 캘리포니아 공과대학의 천문학자 리차드 매시는 "이번 발견은 총알 클러스터의 증거와 결합되어 특히 매우 중요하다"라고 강조했습니다. 그러면서도 매시는 "이 발견이 다른 천문학자들로부터 여전히 회의적인 시각에 직면해 있다"라고 경고했습니다. 매시는 "허블 카메라 자체 내에서 그 모양이 생성될 수 있다"라는 설명을 덧붙였습니다. 매시는 또 "4개월 전 허블의 가장 강력한 카메라가 고장 난 것은 도움이 되지 않는다"라고 말했습니다. 매시는 "암흑 물질을 찾는 방법을 배우는 시점에 암흑 물질이 깨졌다"라고 부연했습니다. 메릴랜드에 있는 우주망원경 과학 연구소의 천문학자 리차드 화이트는 "나 역시 처음에는 암흑 물질의 고리에 대해 회의적이었다"라고 전했습니다. 화이트는 "그러나 그것은 다른 허블 카메라의 데이터에도 나타난다"라면서 "명확하지는 않지만, 여전히 거기에 있다. 그 고리는 지금까지 두 번이나 목격되었다"라고 첨언했습니다. 앞서 다른 암흑 물질도 발견됐었지만, 이 고리는 일반 물질의 분포와 크게 다른 최초의 암흑 물질 집합체로 확인됐습니다.

 

중력을 사용해 암흑 물질 자체를 시각화한 연구팀은 여기에 더하여 은하단이 충돌할 때 어떤 일이 일어나는지 보여주는 컴퓨터 시뮬레이션도 만들었습니다. 이들은 두 개의 성단이 서로 충돌했을 때 암흑 물질이 중심으로 떨어졌다가 바깥쪽으로 출렁거렸다고 봤습니다. 연구에 참여한 한 구성원은 "그렇게 함으로써 결국 중력은 그것을 늦추고 천문학자들이 감지한 더 큰 덩어리로 응축시켰다"라고 설명했습니다. 존스 홉킨스 천문학자이자 연구팀의 또 다른 구성원 홀랜드 포드는 "이 충돌을 연구함으로써 암흑 물질이 중력에 어떻게 반응하는지 알 수 있다"라며 운을 뗐습니다. 포드는 "자연은 우리를 위해 실험실에서 할 수 없는 실험을 하고 있으며, 이는 우리의 이론 모델과 일치한다"라고 말했습니다. 암흑 물질은 빛을 반사하지 않기 때문에 발견은 쉽지 않았고 이에 따라 천문학자들은 중력에 의존했습니다. 중력은 충분한 질량이 존재할 때 먼 별의 빛을 휘게 할 수 있습니다. 이것은 마치 렌즈가 뒤에 있는 이미지를 왜곡하는 것과 같습니다. 물리학 법칙을 바탕으로 천문학자들은 빛이 얼마나 휘어지는지 알면, 그곳에 질량이 얼마나 있는지 알 수 있습니다. 천문학자들은 중력의 발자국을 지도화함으로써 암흑 물질 고리가 성단에 어떻게 분포되어 있는지에 대한 그림을 구현할 수 있었습니다. 지 교수는 "성단의 이미지에서 고리 뒤에 있는 배경 은하들은 촘촘한 고리의 존재로 인해 모양이 일관되게 변화하는 모습을 보여주고 있다"라며, "마치 표면에 잔물결이 있는 연못 바닥의 자갈을 보는 것과 같다"라고 부연했습니다.