중력렌즈가 뒷받침한 예상보다 빠른 우주의 팽창

Gravitational lensing effect around a galactic cluster Source:https://www.flickr.com/photos/terryballard/41396796925

중력렌즈 효과를 이용하여 우주의 팽창률을 나타내는 허블상수의 값을 조사한 결과 근방우주의 관측으로부터 구한 상수에서는 기존의 값과의 일치를 보였지만 위성 '플랑크'에 의한 초기 우주 관측에 기초한 값과 일치하지 않는 것이 확인되었다.

重力レンズが裏付け、予想より速い宇宙の膨張
https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/8925_hubble_constant

한 천체의 중력이 렌즈와 같은 역할을 하고 보다 먼 천체로부터의 빛을 구부리거나 증폭하는 현상은 '중력렌즈 효과'로 알려져 있다. 예를 들어 먼 퀘이사 앞에 대질량의 은하가 있으면 은하가 렌즈로 작용하여 퀘이사의 이미지가 여러 개로 나뉘거나 아크 모양으로 늘어난다.

일반적으로 렌즈가 되는 은하는 완전히 구형의 왜곡을 생성할 수 없고 또한 렌즈 은하와 퀘이사는 완전히 일직선으로 늘어서 있지 않기 때문에 퀘이사의 복수의 상으로부터 도달하는 빛은 각각 약간 다른 거리의 경로를 거친다. 그리고 퀘이사의 빛이 시간에 따라 변하면 다른 이미지가 다른 시간에 깜박이는 모습을 볼 수 있으며 그 시간의 지연은 빛이 오는 경로의 길이에 따라 달라진다.

이 지연은 우주의 팽창률을 나타내는 '허블상수'의 값과 직접적으로 관련되어 있으며 여러 이미지 사이의 시간지연을 정확하게 측정하여 높은 정확도로 허블상수를 확인할 수 있다.

독일의 막스·플랑크 물리학연구소 등의 Sherry Suyu 씨 국제연구팀 'H0LiCOW'는 허블우주망원경이나 미 하와이의 스바루망원경 등 복수의 망원경을 이용해 강한 중력렌즈 효과를 일으키는 5개의 은하를 관찰하고 허블상수를 조사하였다. 그 결과 근방우주의 관측으로부터 얻어진 허블상수의 값은 지금까지 초신성이나 케페이드 변광성의 관측으로부터 얻어진 값과 매우 잘 일치했다.

중력렌즈 효과를 받은 퀘이사의 상과 전경의 은하(출처: NASA, ESA, S. Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), MW Auger (University of Cambridge))

한편 그 값은 유럽우주기관(ESA)의 우주배경복사 관측위성 '플랑크'에 의한 초기 우주의 우주배경복사의 관측에서 얻은 값과 일치하지 않았다. 플랑크에서 확인된 허블상수의 값은 현재의 표준우주론 모델에서 기대되는 값과 잘 맞지만 이번과 같은 국소우주의 다양한 관측에서 구한 값과 일치하지 않는다. 이번 결과는 표준모델에서 기대되는 값보다 빠르게 우주가 팽창하고 있음을 예측한다.

"높은 정확도를 가진 다른 방법으로 우주의 팽창률을 측정하려고 노력하고 있고 현재 우리 우주에 대한 이해를 넘어선 새로운 물리가 이 모순으로 나타날 수 있다”고 Suyu 씨는 말했다.