국내 ‘하늘 측량사들’ 떴다(한겨레) > 행 성

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[한겨레] 세계적인 ‘3차원 우주지도’ 작성 최대 규모의 천문탐사 ‘슬론 프로젝트’

무수한 별과 은하들이 청명한 가을 밤하늘을 수놓는다. 별들이 모여 은하를 이루고, 은하가 다시 은하단을 이루는 밤하늘엔 물질이 모이고 흩어져 현재 우주의 지형을 이룬다. 우주에 별과 은하는 어떤 모양으로, 어떤 규칙대로 펼쳐져 있을까. 온 하늘의 25%를 광학카메라로 샅샅이 촬영해 우주의 3차원 정밀지도를 작성하려는 야심찬 세계 최대 천문 프로젝트에 한국 과학자들이 참여한다. 1억개 이상 천체의 밝기와 모양 등을 관측하고, 무려 100만개 은하와 10만개 퀘이사(매우 먼 은하의 핵)의 3차원 위치를 측정하는 ‘슬론 디지털 스카이 서베이’(SDSS)가 그것이다.

고등과학원과 서울대·세종대(우주진화·구조연구센터)·경북대 등 국내 우주론 연구자 20여명으로 구성된 한국과학자그룹(KSG)은 지난 7월 슬론프로젝트를 운영하는 미국 천체물리연구 컨소시엄과 연구참여 계약을 맺은 데 이어, 지난달 28~29일 고등과학원에서 연 ‘우주론 국제워크숍’을 계기로 본격 연구를 시작했다. 우리나라의 참여는 연구책임자인 박창범 고등과학원 교수가 10여년 전 슬론 탐사계획이 처음 입안되는 과정에 직접 참여했던 것이 인연이 돼 성사됐다.

박창범 교수는 “광대한 우주에서 물질(은하)이 어떻게 분포하는지를 실측하는 이 프로젝트는 우주의 진화와 공간구조를 규명하려는 세계 최대 천문탐사 가운데 중요한 한 축”이라며 “세계 수준의 연구 대열에 한국도 당당히 참여하게 됐다”고 말했다.

지름 2.5m 망원경으로 우주 25% 고해상으로 찍어 별·은하등 분포구조 측정 국내 연구자 20여명 우주진화·암흑물질등 연구

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<사진설명> 슬론 디지털 스카이 서베이(SDSS)의 우주 거대구조 탐사로 밝혀진 외부 은하들의 공간분포(왼쪽). 점 하나하나가 거대한 은하들이며 약 30억 광년 거리 안 은하들의 분포를 보여준다. 두 부채꼴의 꼭지점이 만나는 곳이 관측자의 위치다. 오른쪽 상자 안 영상은 우리로부터 300만 광년 정도 떨어진 곳의 페르세우스 은하단의 모습. 500여개 은하들로 구성된 이 은하단의 3차원 위치가 우주 거대구조에서 어디쯤인지를 보여준다. SDSS 제공
현대 우주론이 우주 진화를 연구하는 방법은 주로 두 가지로 압축된다. 우주 진화 과정에 그 흔적으로 남은 우주배경복사(우주 탄생 초기에 생성돼 현재 우주에 남은 빛)와 우주 물질의 분포를 정밀 관측해 연구자들은 우주와 은하의 진화 과정, 그리고 우주의 거대구조를 추적해왔다. 이 가운데 슬론 프로젝트는 우주 물질의 3차원 분포 지도를 작성하는 임무를 띠고 있다.

현재 미국 뉴멕시코주 새크라멘토산맥 남쪽 해발 2788m의 아파치포인트 천문대에 지름 2.5m짜리 전용 망원경을 두고 시야가 매우 넓은 카메라(전하결합소자 카메라·CCD)로 고해상도 천체 사진을 찍고 그 빛의 스펙트럼을 분석해 3차원 위치를 측량하는 일을 5년째 계속하고 있다. 허블망원경이 아주 먼 곳의 은하나 별을 정밀하게 관측한다면, 슬론 전용망원경은 허블보다 4천배 이상 넓은 시야로 천체의 구조를 관측한다. 허블이 나무를 관측한다면 슬론은 숲을 보는 셈이다.

최윤영 고등과학원 박사는 “슬론 스카이 서베이는 2000년 4월 관측을 시작한 이래 벌써 영상관측 목표치의 97%를 이룬 상태”라며 “이런 우주의 3차원 지도는 현대 우주론에 새로운 기회를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.

실제로 슬론 프로젝트는 그동안 우주에 정체를 알 수 없는 암흑물질과 암흑에너지가 상당량 존재한다는 것을 입증하는 데 크게 기여했다.

현재 우주에서 우리가 흔히 물질이라 부르는 보통물질은 2%에 불과하며 나머지 23%는 암흑물질, 75%는 암흑에너지로 이뤄져 있다는 것이, 지난해 미국항공우주국(나사)의 윌킨슨 극초단파비등방성 탐사선(WMAP) 관측 데이터와 비교분석한 결과 처음 밝혀진 바 있다.

새로운 관측 결과들도 국내 우주론 연구자들의 관심을 끈다.

우주 공간에는 특이하게도 물질이 거의 없는 ‘텅빈 공간’(void)들이 자주 관측됐다. 박 교수는 “흔히 연구자들은 물질이 밀집한 은하에 관심을 기울이지만 텅빈 공간은 은하가 생성될 때에 매우 민감하게 영향을 받았던 공간”이라며 “왜 우주에 텅빈 공간이 존재할까, 그리고 이들은 어떻게 생성된 것인가를 분석하다보면 그동안 드러나지 않던 우주 거대구조의 새로운 속성도 드러날 것”이라고 말했다.

국내 참여자들은 우주 3차원 지도가 제공하는 실측 데이터를 바탕으로 우주의 진화, 은하의 생성 과정과 우주의 거대구조를 연구하는 데 집중할 계획이다. 경북대 박명구 교수는 ‘중력렌즈’ 현상을 이용해 암흑물질의 분포를 연구하며, 세종대 성환경 교수 등은 우리 은하 안에서 별들이 분포하는 구조를 규명하는 연구를 벌인다.

최윤영 박사는 “이번 프로젝트가 국내 우주론 연구자들의 구심체 구실을 하고 일본·중국 등 동아시아의 연구자들과도 교류하는 좋은 계기가 될 것 같다”고 말했다.

오철우 기자 cheolwoo@hani.co.kr ⓒ 한겨레(http://www.hani.co.kr)

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