2000년 3월 17일자 '월드' 신문 기사 재인쇄
빛의 경로를 왜곡하는 어두운 물질이 존재한다는 증거
멀리 떨어진 은하의 이미지 왜곡은 보이지 않는 거대한 물체의 존재를 입증한다. 수년간 천문학자들은 우주에 존재하는 물질의 90%를 차지하는 어두운 물질을 규명하려 노력해왔다. 이에 대해 망원경으로는 관측할 수 없는 이 물질의 성질을 설명하기 위해 다양한 가설이 제시되었다. 대표적으로 질량이 큰 천체(갈색왜성)와 기본 입자(중성자)가 있다. 그러나 이 모든 가설들은 여전히 완전히 설명되지 못하고 있다. 그래서 이 물질이 아직 발견되지 않은 이론적 입자로 구성되어 있을 가능성도 제기되고 있다. 천문학자들은 확실히 말한다. 우주의 90%에 달하는 물질은 망원경의 시야에서 완전히 사라져 있다. 사진에 나타나는 것은 은하와 그 안에 있는 수십억 개의 별들, 하늘을 수놓은 어두운 또는 밝은 성운, 그리고 그 생성 메커니즘이 아직 완전히 이해되지 않은 거대한 에너지 폭발들뿐이다(...). 기술의 발전 덕분에 적외선, 자외선, X선, 감마선 영역에서 새로운 관측 창이 열렸다. 최근에는 중성자 천문학이 등장하여, 이 미세한 입자들이 우주의 질량에 상당한 기여를 한다는 것이 제기되었다. 그러나 이론가들은 잘 알고 있다. 그럼에도 불구하고, 우주의 대부분은 천문학계가 관측할 수 있는 제한된 영역(전체의 10%)을 넘어서 존재한다는 점이다. 그래서 수년간 천문학자들은 이 유명한 어두운 물질, 즉 우리 우주의 주요 구성 요소를 찾아내기 위해 노력해왔다. 파리 천체물리학연구소의 한 연구팀은 프랑스의 천문학자들(CEA 사클레이, 캐나다-프랑스-하와이 망원경(CFHT), 마르세이유 우주천문학연구소)과 외국 연구자들(캐나다, 독일, 미국)과 협력하여 이 세계에 대한 새로운 창을 열었다. 이와 동시에 영국의 리처드 엘리스(케임브리지 및 캘텍)와 미국의 타이슨(벨랩스, 뉴저지)이 이끄는 두 팀도 비슷한 결과를 부분적으로 확인하고 있다.
연구자들은 어떻게 보이지 않는 어두운 물질을 드러내고 그 존재를 확인했을까? 그들은 빛이 거대한 질량(태양, 은하단 등) 근처에서 중력의 영향을 받아 굴절한다는 원리를 활용했다. 이 가설은 여러 차례 검증된 바 있다. 그러나 천문학자들은 어두운 물질이 희박하고 방대한 양으로 존재한다고 가정할 경우, 이와 같은 효과가 관측될 수 있는지 궁금해했다. 만약 그렇다면, 어두운 물질은 직접 보이지 않지만 그 존재를 드러내는 방식으로 나타날 수 있다. 이를 '우주적 산란'이라고 부른다. 1991년, 파리 천체물리학연구소의 앙니크 멜리에에 따르면, 이론은 먼 은하와 같은 천체가 어두운 물질이 방대하게 존재하는 경로를 지날 때, 그 빛이 약간 왜곡되어 길쭉한 타원형으로 보일 것이라고 예측했다. 그러나 계산 결과 이 '우주적 산란' 효과는 너무 미약해 감지하는 것은 거의 불가능했다. 게다가 당시 연구자들은 가능한 측정을 검증할 수 있는 이론적 모델도, 그 측정을 수행할 수 있는 충분히 성능이 뛰어난 카메라도 부족했다. 이후 캐나다의 루도비크 반 와르벡이 연구에 적합한 데이터 처리 도구를 개발하고, CFH 12K 카메라가 개발되면서 상황이 바뀌었다. 캐나다-프랑스-하와이 망원경으로 촬영된 약 20만 개의 멀리 떨어진 은하를 다섯 해에 걸쳐 분석한 끝에, 연구자들은 마침내 목표를 달성했다. CFHT가 촬영한 하늘의 뒷배경 사진에 대해 적절한 처리를 거친 후, 수백 개의 연한 녹색 타원형이 나타나며, 이는 각각의 은하를 의미한다. ...그렇다면 이 현상이 은하에서 방출된 빛에 중력이 작용한 결과라는 것을 확신할 수 있는가? "분명히 그렇습니다(...)," 앙니크 멜리에는 말한다. 빛의 경로에 물질이 없을 경우(즉 중력 효과가 없을 경우), 심지어 타원형 은하도 작고 둥근 점으로 보인다. 반면, 중력이 작용할 경우, 사진은 작은 타원형들로 가득 찬다. 게다가 중력 효과는 이러한 은하들을 정돈하는 경향이 있다. 마치 자석이 자기장의 방향에 따라 철가루를 정렬시키는 것과 비슷하다. 아직 알려지지 않은 입자들. 이러한 미세한 왜곡과 은하들의 재배열은 빛이 희박하고 보이지 않는 물질의 필라멘트에 의해 경로가 휘어졌음을 보여준다. 이 물질은 밀도는 낮지만(태양이나 은하단과는 달리), 그 크기가 어마어마하여 그 효과는 분명히 감지될 수 있다. 그 범위는 1억에서 10억 파섹(1 파섹은 약 3.36광년)에 이른다. 비교를 위해, 우리 은하의 최대 길이는 34,000 파섹에 불과하다. 프랑스 연구팀이 컴퓨터로 재구성한 3차원 모델에서는 이 효과가 매우 뚜렷하다. 우리가 있는 곳까지 도달하는 빛은, 그 경로에서 이 필라멘트들 근처에서 계속 방향을 바꾸며, 이들이 차지하는 공간에 마치 치즈처럼 구멍이 뚫린 구조를 형성한다. 이 구조는 우주의 역사와 그 형성 초기 조건을 드러낸다. 왜냐하면 우리 눈에 보이지 않는 어두운 물질은 별과 우리가 구성된 물질과는 다른 성질(바리온성)을 가지기 때문이다. 이론가들의 주장에 따르면, 이 어두운 물질은 아직 발견되지 않은 입자들—웨이크스, 아키온, 초대칭 입자 등—으로 이루어져 있을 가능성이 있다. 이제 새로운 문이 열렸고, 천문학자들이 그 안으로 들어가야 할 시점이다. 앞으로 2년 내에 CFHT에 4배 더 큰 카메라인 메가캠이 도입될 예정이며, 더 먼 미래에는 지름 1미터의 약 100개의 망원경 네트워크가 구축되고, 폭발하는 별(초신성)에 특화된 미국 위성인 스냅샛이 발사될 계획이다. 이 위성은 어두운 물질의 효과를 추적하는 데도 사용될 수 있다.
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