이중 퀘이사 이미지의 관측에서 추정되는 허블상수

중력렌즈 효과로 인해 복수상으로 보이는 퀘이사를 이용하여 우주의 팽창률을 나타내는 허블상수를 추정한 연구결과가 발표되었다.

Seeing double could help resolve dispute about how fast the universe is expanding
https://newsroom.ucla.edu/releases/quasars-hubble-constant-how-fast-universe-expanding

Seeing double could help resolve dispute about how fast the universe is expanding

우주가 얼마나 속도로 팽창하고 있는지를 나타내는 '허블상수'는 먼 은하의 크기와 우주의 연령을 결정하는데 중요한 값이다. 다양한 관측에 의해 그 정확한 값을 아는 연구가 계속되고 있으며 추정치는 67-73km/s/Mpc의 범위에 있지만 확실한 답은 아직 얻지 못했다.

허블상수를 도출하는 방법 대부분은 천체까지의 거리와 그 천체의 후퇴속도(우리로부터 멀어지는 속도)의 두 가지 정보를 바탕으로 하고 있다. 미국 캘리포니아대학 로스앤젤레스 학교의 Simon Birrer 씨 연구팀은 지금까지 허블상수의 거리계산에 이용되지 않은 광원인 퀘이사를 이용한 연구를 실시했다. 퀘이사는 중심의 대질량 블랙홀에 의해 막대한 에너지를 중심부에서 방사하여 밝게 보이는 은하이다.

Birrer 연구팀이 특히 주목한 것은 하나의 퀘이사의 상이 복수처럼 보이는 천체다. 퀘이사와 우리 사이에 다른 은하가 존재하면 중간 은하의 질량이 생성하는 중력렌즈 효과로 인해 퀘이사 이미지가 여러 개로 보일 수 있다. 퀘이사의 밝기가 변동하면 렌즈 효과를 받은 이미지의 밝기가 달라지지만 지구까지 도달하는 빛의 경로가 다르기 때문에 각 이미지의 밝기는 동시가 아니라 시간차로 변동한다. 이 시간차의 정보 등을 기초로 하면 퀘이사와 중간의 은하까지의 거리를 추정할 수 있으므로 거기로부터 허블상수를 계산할 수 있다.

연구팀에서는 'H0liCOW collaboration'이라는 국제 프로젝트의 일환으로 사중 퀘이사상을 이용하여 이 방법을 실증하려고 했지만 사중의 상은 발견 사례가 적기 때문에 우선 이중 퀘이사상으로 연구를 실시했다. 대상이 된 것은 사냥개자리와 큰곰자리의 경계 부근에 존재하는 이중 퀘이사 'SDSS J1206+4332'다.

허블우주망원경이 촬영한 이중 퀘이사 SDSS J1206+4332(출처: NASA Hubble Space Telescope, Tommaso Treu/UCLA, and Birrer et al.)

허블우주망원경과 제미니망원경, 케크천문대의 관측데이터 등을 이용한 연구 결과 Birrer 씨는 허블상수의 값을 72.5km/s/Mpc로 도출했다. 이것은 먼 초신성을 거리지표로 사용한 계산에서 얻은 값과 잘 일치한다. 그러나 이번 값도 초신성 관측에 의한 값도 우주마이크로배경복사의 관측결과에 기초한 값보다 약 8% 크다. "방법에 따라 값이 다른 것이 사실이라면 이 우주는 조금 더 복잡하다는 것을 의미한다"고 Tommaso Treu 씨는 말했다.

이 방법의 장점은 다른 방법과 독립적으로 다른 방법을 보완하는 방식으로 허블상수를 측정할 수 있다는 것으로 연구팀에서는 이미 사중 퀘이사상을 40개나 찾아내었고 곧 이것들을 대상으로 한 해석으로부터 허블상수의 정밀도 향상을 목표로 하고 있다.