자외선으로 밝히는 우주 나이


최근 연세대 자외선우주망원경연구단 이영욱(천문우주학과) 교수, 윤석진연구원팀은 우리 은하의 나이가 기존의 추정치보다 최소 10억 년 더 많은130억년이라는 사실을 입증했다.

우리 은하에 유입된 구상성단이 우리 은하 주위에 있는 위성은하 출신이라는 것을 밝혀냄으로써 은하 형성과 우주의 기원에 한 발 다가설 수 있게된 것이다. 한국 천문과학이 큰 일을 해낸 셈이다.

그러나 놀랄 일은 여기서 그치지 않는다. 인류의 역사와 함께 계속된 우주의 기원에 대한 궁금증을 풀 수 있는 미 항공우주국(NASA) 탐사계획에우리 과학자들이 참여한다.

바로 10월 발사 예정인 은하진화 탐사선 갤럭스(GALEXㆍGalaxy Evolution Explorer)이다. 이 탐사선에 실릴 자외선 우주망원경을 통해 우주의 신비가 한 꺼풀 벗겨지면 새로운 우주론의 시대가 도래할 전망이다.

왜 우주의 나이인가

우주에 대한 인류의 호기심은 언제, 어떻게 우주가 생겼느냐에 대한 끊임없는 질문으로 이어졌다. 바로 우주의 나이가 우주 형성과정과 이어지는부분이다.

이 중 우주의 나이를 아는 것은 우주 운명의 열쇠를 찾는 일이다. 윤석진 연구원은 “우주가 언제 생성됐느냐가 우주의 밀도를 결정하고, 우주가현상태를 유지할 것인가, 팽창할 것인가, 아니면 차가워질 것인가 등 우주의 상태에 대한 모든 것을 알 수 있는 길”이라고 설명했다.

우주의 나이를 측정하는 방법은 크게 두 가지. 우선 천문학자였던 허블의 이름을 딴 허블의 법칙을 이용하는 방법이 있다.

‘우주는 일정한 속도로 팽창하고 거리가 먼 은하일수록 빨리 팽창한다’는 이 법칙은 은하까지의 거리와 멀어지는 속도가 비례한다는 점을 이용한다. 우주 팽창 속도를 역으로 추적하면 빅뱅 출발점에서 지금의 크기를 갖게 된 나이를 알 수 있다는 것이다.

그리고 또 하나의 방법이 바로 자외선 우주망원경을 이용한 탐사 방법이다.

자외선 우주망원경의 원리

우주에는 대략 1,000억 개의 은하가 있다. 우리 은하 정도의 중간 크기은하를 비롯해 우리 은하보다 1,000배 이상 큰 타원은하, 우리 은하보다작은 은하 등으로 구성된다.

지금까지는 우리 은하와 타원은하, 그 밖의 작은 은하의 나이가 모두 같다는 생각이었지만, 이 교수팀은 거대 타원은하의 나이가 우리 은하보다 많을 것으로 가정하고, 실제로 이를 관측할 계획이다.

갤럭스 탐사선에 실리는 자외선 우주망원경이 이 역할을 맡게 된다. 자외선 우주망원경은 지구에서는 대기 중의 전리층 때문에 관측하기 어려운자외선 빛의 차이를 우주 공간의 타원은하를 중심으로 관측함으로써 자외선 은하연령측정 임무를 수행한다.

자외선 우주망원경에 사용되는 원리는 1990년 이영욱 교수가 발표해 세계 천문학계를 놀라게 했던 ‘헬륨연소단계 항성의 진화모델’을 기초로한다. 일반적으로 별들은 99% 이상이 수소와 헬륨으로 이뤄져 있다.

이중 수소가 일찍 연소되고 하나의 항성이 자기 연령의 90% 가까이 살고나면 헬륨이 타기 시작한다. 별이 죽음의 단계로 들어선 것이다. 이때 헬륨연소단계의 별이 죽어가면서 자외선을 방출하는데 이 자외선의 세기를검출하면 전체적인 나이를 알 수 있다는 것이다.

이 교수는 “만약 우리 은하 외부의 은하를 관측해 나이를 측정하게 된다면 우리 은하의 나이만이 아닌, 진정한 우주의 나이를 알게 되는 것”이라고 말했다.

우리은하 질량의 20배에 이르는 처녀자리 거대 타원은하 M87.은하진화탐사선 갤럭스(아래)에 실릴 자외선우주망원경은 이와 같은 타원은하들이 방출하는 자외선을 관측, 우주의 나이를 밝히게 된다.

자료출처: 한국일보
정상원기자 ornot@hk.co.kr

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