유클리드 우주망원경이 NGC 6505 은하 주변에서 나타난 '아인슈타인의 고리'를 확대한 사진. 먼 은하에서 날아온 빛이 관측자에게 가까운 은하 주변에서 휘어져 고리처럼 보이는 현상이다. ESA 제공

2023년 발사된 유럽우주국(ESA)의 우주망원경 유클리드가 희귀한 우주 현상인 '아인슈타인 고리(Einstein ring)'를 포착하는 데 성공했다. 
 

ESA는 유클리드로 NGC 6505 은하 주변에서 중력 렌즈 현상인 아인슈타인 고리를 관측하는 데 성공하고 연구결과를 10일(현지시간) 국제학술지 '천문학과 천체물리학'에 공개했다.

아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 은하처럼 질량이 매우 큰 물체는 시공간을 왜곡해 주변 빛을 휘어 모으는 '중력 렌즈(gravity lens)' 현상을 일으킬 수 있다. 중력 렌즈 현상이 일어나면 너무 멀리 있거나 다른 천체 뒤에 가려진 천체의 빛이 휘어져 우리가 관측할 수 있게 된다.

아인슈타인 고리가 생기는 원리를 설명한 그림. 멀리 있는 은하의 빛은 지구에 오는 도중 다른 은하를 만나 강한 중력으로 휘어지는 중력 렌즈 현상이 일어난다. ESA 제공

연구팀은 유클리드 우주망원경으로 지구에서 5억9000만 광년(빛의 속도로 1년 동안 이동한 거리) 떨어진 NGC 6505 은하 주변에서 중력 렌즈 현상의 일종인 아인슈타인 고리를 포착하는 데 성공했다. 아인슈타인 고리는 멀리 있는 은하, 중력 렌즈를 일으키는 은하, 망원경(관찰자)의 위치가 정확히 정렬될 때 형성되는 빛의 고리를 말한다.

고리를 형성한 은하는 44억2000만 광년 떨어져 있는 것으로 계산됐다. 이전에 관측된 바 없어 아직 이름도 없는 은하다. 현재까지 관측된 중력 렌즈 현상은 1000개 미만으로 이중 약 10분의 1이 이번처럼 깔끔한 아인슈타인 고리를 형성하는 것으로 알려졌다.

NGC 6505 은하 중심부 주변으로 '아인슈타인의 고리'가 관찰된다. ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA/J.-C. Cuillandre, T. Li 제공

2023년 7월 1일 발사된 유클리드는 태양과 지구의 제2 라그랑주점에서 우주와 천체를 관측하고 있다. 라그랑주점은 두 천체의 중력이 균형을 이루는 지점으로 우주망원경의 위치를 안정적으로 고정하기 용이하다.

유클리드는 6년 동안 10억개 이상의 먼 은하를 파악한다. 이를 통해 우주의 대부분을 차지할 것으로 추정되는 암흑에너지와 암흑물질의 정체를 찾고 우주의 팽창 과정을 추적한다. 중력렌즈 현상은 10만개 정도 찾아낼 것으로 기대된다.

NGC 6505 은하는 1884년 처음 발견됐지만 그동안 아인슈타인 고리는 관측된 바 없었다. 연구팀은 '유클리드 우주망원경의 고해상도 장비 덕분에 이번 아인슈타인 고리를 발견할 수 있었다'고 전했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1051/0004-6361/202453014