암흑물질의 수수께끼를 풀어낼 것으로 기대되는 '유클리드 우주망원경'

유럽우주기관(ESA)이 2023년 7월 1일(토)에 발사를 예정하고 있는 유클리드 우주망원경은 우주 질량의 25%를 차지하고 있다는 수수께끼의 물질 '암흑물질'의 정체를 밝힐 것으로 예상됩니다. 유클리드 우주망원경이 어떻게 암흑물질을 조사하는지에 대해 영국의 주요 신문사 The Guardian이 설명했습니다.

Scientists hope Euclid telescope will reveal mysteries of dark matter | European Space Agency | The Guardian
https://www.theguardian.com/science/2023/jun/18/scientists-hope-euclid-telescope-will-reveal-mysteries-of-dark-matter

Scientists hope Euclid telescope will reveal mysteries of dark matter

암흑물질은 관측 가능한 물질로부터 추정되는 질량으로는 회전하는 은하가 항성을 끌어당기기에 충분한 중력을 얻을 수 없다는 연구결과에 근거해 광학적으로 직접 관측은 할 수 없는 것이 존재한다고 생각되는 정체불명의 물질입니다. 주류의 가설에서는 우주의 약 25%가 암흑물질로 구성되어 있으며 70%는 우주의 팽창을 가속하고 있다고 생각되는 암흑에너지, 나머지 5%가 원자 등 알려진 물질입니다.

암흑물질에 대해서는 5차원으로 이동할 수 있는 소립자, 다른 물질을 암흑물질로 바꾸어 증식하는 물질, 음의 질량을 가지는 Dark fluid(암흑 유체)의 일부 등 다양한 가설이 제출되고 있는 한편 암흑물질은 존재하지 않는다고 주장하는 연구자도 있어서 여전히 암흑물질의 정체는 수수께끼에 싸여 있습니다.

그런 가운데 ESA는 10억 유로(약 1조 5500억 원)의 예산을 투입해 유클리드 우주망원경을 이용하여 암흑물질과 암흑에너지의 수수께끼에 대해 밝혀내려고 합니다. 영국 에든버러대학의 천체물리학 교수인 앤디 테일러 씨는 “암흑물질과 암흑에너지의 성질이 수수께끼로 남아 있다면 우주를 이해하고 있다고 말할 수 없으므로 유클리드 우주망원경의 역할은 매우 중요하다"고 말했습니다.

예정되로라면 유클리드 우주망원경은 2022년에 러시아 소유즈 로켓을 사용하여 발사될 예정이었으나 러시아의 우크라이나 침공으로 ESA가 러시아 우주개발기관인 로스코스모스와의 계약을 종료하고 새롭게 일런 머스크 씨가 이끄는 SpaceX와 계약을 체결하면서 계획은 연기되었습니다. SpaceX의 팔콘9 로켓을 이용한 유클리드 우주망원경 발사는 2023년 7월 1일에 실시될 예정입니다.

유클리드 우주망원경은 발사 후 약 1개월에 걸쳐 지구에서 150만km 떨어진 제2 라그랑주점까지 이동한다는 것. 제2 라그랑주점은 태양·지구·달을 배후로 하여 심우주를 관측하는 것이 가능하며 NASA의 제임스웹 우주망원경도 이 지점에 배치되어 있습니다.

암흑물질은 빛을 방출·반사·흡수하지 않는 입자로 구성되어 있을 가능성이 높다고 보여지고 있어서 고성능인 우주망원경이라도 직접 관측할 수 없습니다. 그러나 유클리드 우주망원경은 암흑물질의 질량에 의해 생기는 중력렌즈라는 효과를 포착해 암흑물질을 이해할 수 있을 것으로 기대되고 있다고 합니다.

중력렌즈는 질량이 큰 물질에 의한 중력장을 통과할 때 빛이 굴절되는 현상을 말하며 항성이나 은하 등이 발하는 빛의 진행은 이 영향을 받고 있습니다. 암흑물질에는 질량이 있다고 생각되기 때문에 유클리드 우주망원경이 촬영한 수백만 개의 은하의 이미지를 바탕으로 암흑물질의 질량에 의한 중력렌즈 효과를 분석할 수 있습니다.

다람대학의 마틸드 주작 교수는 “암흑물질이 만들어내는 중력렌즈는 암흑물질이 무엇으로 되어 있는지를 가르쳐 줄 것입니다. 암흑물질이 가벼운 입자로 되어 있는 경우와 매우 큰 입자로 되어 있는 경우 각각에서 다른 종류의 렌즈가 생성될 것"이라고 전망했습니다.