별 하나가 네개로 보이는 '중력렌즈' 아인슈타인 일반상대성이론 입증

25세 된 허블 우주망원경

1990년 4월 24일, 허블 우주망원경이 미 항공우주국(NASA)의 우주왕복선 디스커버리호에 실려 발사됐다. 올해로 25주년을 맞은 허블 망원경은 지금까지 150만장이 넘는 사진을 지구로 보내왔다. 그 중에는 우주를 보는 인류의 시각을 획기적으로 바꾼 유명한 사진이 적지 않다.

사진 ①
첨단기술로 재탄생한 창조의 기둥

일반인에게 가장 유명한 허블 망원경 사진은 1995년 4월 1일 촬영한 독수리성운(Eagle Nebula, M16, NGC 6611), 이른바 '창조의 기둥'이다. NASA는 지난해 광각카메라(Wide Field Camera 3)로 새로 찍은 창조의 기둥을 지난 1월 공개했다. 새로 촬영한 사진은 훨씬 선명할 뿐 아니라 2배 이상 넓은 풍경을 담고 있다.

여름철 남쪽 하늘에 보이는 뱀자리의 꼬리 부분에 있는 독수리성운은 지구에서 약 6500광년(1광년=약 9조4607억㎞) 거리에 있다. 이 성운은 고밀도의 수소와 먼지로 채워져 있다. 빛이 잘 통과하지 못해 어둡게 보인다. 세 검은 기둥 안쪽에서 한데 모여있던 가스와 먼지가 중력에 의해 서로를 끌어당기며 뭉쳐진다. 이렇게 계속 뭉쳐지고 커지면서 별이 탄생한다. 일정 수준 이상 커지면 내부의 수소가 서로 합쳐지면서 헬륨으로 변하는 핵융합 반응이 일어나고, 별은 태양처럼 밝은 빛과 뜨거운 열을 내뿜는다. 사진에서도 세 기둥 위쪽에서 새로 탄생한 별들이 쏟아내는 강렬한 빛을 볼 수 있다. 과학자들은 이 사진에 별이 태어나는 곳이라는 의미에서 '창조의 기둥(Pillars of Creation)'이라는 이름을 붙였다. 가장 큰 왼쪽 기둥의 길이는 4광년이나 된다.

사진 ②
일반상대성이론 입증한 중력렌즈
올해는 아인슈타인이 일반상대성이론을 담은 논문을 발표한 지 100년이 되는 해이다. 국제학술지 '사이언스'는 지난 6일자에 일반상대성이론을 입증하는 한 장의 천체사진을 실었다. 바로 지난해 11월 허블 우주망원경이 촬영한 '레프스달(Refsdal)' 초신성 사진이다.

사진에서 가운데 확대된 부분에 있는 네 개의 별은 실제로는 하나의 별이다. 레프스달 초신성은 지구에서 93억광년 거리에 있다. 이 초신성과 지구 사이에는 엄청난 중력을 가진 거대 은하들이 모여 있다.

일반상대성이론에 따르면 중력은 시간과 공간을 휘게 한다. 덩달아 빛도 휜다. 은하들이 거대한 중력을 내면서 렌즈처럼 빛을 휘게하는 이 현상을 '중력렌즈(gravitational lens)'라고 한다. 초신성과 은하, 지구가 일직선으로 있으면 초신성 빛이 강력한 중력을 가진 은하를 지나면서 은하 바깥쪽으로 균일하게 휘어져 마치 둥근 고리처럼 빛이 난다. 아인슈타인이 일반상대성 이론에서 이 중력렌즈 효과를 예측해, 이를 '아인슈타인 고리'라고 부른다.

하지만 초신성과 렌즈 역할을 하는 은하, 그리고 지구가 일직선에 있지 않으면 초신성 빛은 둥근 고리 모양이 아니라 네 갈래로 갈라져 허블 망원경에는 각기 다른 4개의 별 모양으로 관측된다. 4개의 별이 십자가 모양을 이루기 때문에 이 역시 아인슈타인의 이름을 따서 '아인슈타인 십자가'라고 부른다. UC버클리대 연구진은 "레프스달 초신성과 은하의 위치를 예측한 결과, 앞으로 5년 내에 다시 아인슈타인 십자가가 나타날 것"이라고 밝혔다.

[IFpedia→]

성운(星雲·nebula)

가스와 먼지가 별과 별 사이에 거대한 구름처럼 모여 있는 것을 말한다.

초신성(超新星·supernova)
거대한 별이 수명이 다해 폭발하면서 엄청난 빛을 뿜어내는 현상.

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