우주에 초점 맞추는 망원경 (4) "시공간에 대한 심층적 고찰"
- 기술 / 문광주 기자 / 2025-07-14 09:02:23
3분 읽기
망원경이 거리와 빠른 현상을 포착하는 방법
이미지를 자세히 분석해 보면, 각 별은 우리 은하의 일부인 반면, 은하들은 훨씬 더 멀리 떨어져 있음을 알 수 있다. 따라서 탐사 망원경의 각 이미지는 3차원 우주에 대한 정보를 담고 있다. 이 정보는 빅뱅 이후 우주의 진화 과정을 설명하는 우주론적 컴퓨터 모델과 직접 비교할 수 있다.
우주 측정 기준
천문학적 거리를 정확하게 측정하는 다양한 방법이 있으며, 이는 그 자체로 하나의 과학이다. 예를 들어, 특정 유형의 별이 얼마나 많은 빛을 방출하는지, 즉 광도를 표준으로 알고 있다면 그 별의 거리를 측정할 수 있다. 우리는 이 빛이 지구에 얼마나 도달하는지 측정한다. 우주 거리 측정을 위한 이러한 "표준 촉광"의 예로는 1a형 초신성이나 세페이드 변광성 같은 변광성이 있다.
매우 먼 거리에 있는 은하의 경우, 천문학자들은 우주가 팽창하고 있으며 모든 은하가 서로 멀어지고 있다는 사실을 이용한다. 허블 상수로 정의되는 팽창률을 이용하여, 우리가 볼 수 있는 우주의 두 지점이 특정 거리에 있다고 가정할 때 얼마나 빨리 서로 멀어져야 하는지 계산할 수 있다.
허블이나 제임스웹과 같은 망원경과 분광학 덕분에 우리는 은하와 우리의 위치가 실제로 얼마나 빨리 서로 멀어지고 있는지도 측정할 수 있다. 이는 멀리 있는 물체에서 나오는 빛에 비친 스펙트럼선의 적색 편이에 반영된다. 이것이 은하까지의 거리를 결정한다.
광활한 깜빡임
우주가 정지해 있고 움직이지 않는다? 이것은 오류다. 우주는 끊임없이 움직이고 있다. 행성은 별 주위를 공전하고, 별 또한 끊임없이 움직인다. 비록 보통 너무 멀리 떨어져 있어 맨눈으로는 볼 수 없더라도 말이다. 하지만 먼 은하의 별이 중심에 있는 초대질량 블랙홀에 접근하면, 극심한 조석력에 의해 산산이 조각나 순식간에 블랙홀에 삼켜진다.
그러면 별의 잔해가 블랙홀 주위를 공전하는데, 엄청난 중력에 의해 가속되고 점점 더 강하게 끌려간다. 이 과정에서 물질은 상당히 가열되고 막대한 양의 복사를 방출한다. 이는 측정 가능하다. 이러한 조석 붕괴(TDE) 사건 후 약 10일 이내에 은하핵의 밝기가 증가한다. 약 100일 후에는 공포가 사라지고 은하는 다시 이전 수준으로 빛난다.
하지만 속도에 최적화된 망원경은 이러한 현상을 실시간으로 관측할 수 있는 기회를 제공한다. "베라 C. 루빈 천문대는 높은 프레임 속도로 이미지를 제공하고 며칠 간격으로 하늘의 같은 지점을 촬영한다. 이것이 바로 제가 이러한 조석 파괴 현상을 연구하는 데 필요한 정보다"고 막스 플랑크 천체물리학 연구소의 엘리아스 마무지치(Elias Mamuzic)는 말했다. 이에 비해 유클리드 우주 망원경은 하늘의 대부분 지점을 기껏해야 몇 번만 관측할 수 있다.
맞춤형 기술
두 망원경이 똑같을 수는 없다. 각 망원경은 거울의 크기나 집광면, 또는 사용하는 전략에 따라 고유한 목적을 갖는다. 하늘의 작은 부분만 관측하면서 최대한 깊이를 들여다봐야 할까? 그 반대일까? 아니면 두 전략 사이에서 절충안을 찾아야 할까? 여기에 제시된 정보는 제시된 네 개의 천문대만을 나타내는 것은 아니다. 다른 망원경들도 이러한 방식으로 비교할 수 있다. (끝)
망원경이 거리와 빠른 현상을 포착하는 방법
공간과 시간에 대한 심층적 고찰
망원경이 거리와 빠른 현상을 포착하는 방법
유클리드나 베라 C. 루빈과 같은 탐사 망원경의 이미지는 사진을 촬영한 카메라 칩만큼이나 평평하다. 수많은 별과 은하를 보여주지만, 이러한 천체 이미지는 지구에서 볼 수 있는 원근감 효과를 제공하지 않는다. 모든 천체는 무한대에 있는 것처럼 보인다. 그런데도 거리는 측정할 수 있다.
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| ▲ 구상성단 NGC 6397(왼쪽 위)과 배경 은하의 일부. © ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, J.-C. Cuillandre, G. Anselmi, CC-by-sa 3.0 IGO |
이미지를 자세히 분석해 보면, 각 별은 우리 은하의 일부인 반면, 은하들은 훨씬 더 멀리 떨어져 있음을 알 수 있다. 따라서 탐사 망원경의 각 이미지는 3차원 우주에 대한 정보를 담고 있다. 이 정보는 빅뱅 이후 우주의 진화 과정을 설명하는 우주론적 컴퓨터 모델과 직접 비교할 수 있다.
우주 측정 기준
천문학적 거리를 정확하게 측정하는 다양한 방법이 있으며, 이는 그 자체로 하나의 과학이다. 예를 들어, 특정 유형의 별이 얼마나 많은 빛을 방출하는지, 즉 광도를 표준으로 알고 있다면 그 별의 거리를 측정할 수 있다. 우리는 이 빛이 지구에 얼마나 도달하는지 측정한다. 우주 거리 측정을 위한 이러한 "표준 촉광"의 예로는 1a형 초신성이나 세페이드 변광성 같은 변광성이 있다.
매우 먼 거리에 있는 은하의 경우, 천문학자들은 우주가 팽창하고 있으며 모든 은하가 서로 멀어지고 있다는 사실을 이용한다. 허블 상수로 정의되는 팽창률을 이용하여, 우리가 볼 수 있는 우주의 두 지점이 특정 거리에 있다고 가정할 때 얼마나 빨리 서로 멀어져야 하는지 계산할 수 있다.
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| ▲ RS Puppis와 같은 변광성은 우주의 거리를 측정하는 중요한 도구다. 변광성의 밝기 변동 주기는 원래의 광도를 드러낸다. © NASA/ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-Hubble/Europe Collaboration |
허블이나 제임스웹과 같은 망원경과 분광학 덕분에 우리는 은하와 우리의 위치가 실제로 얼마나 빨리 서로 멀어지고 있는지도 측정할 수 있다. 이는 멀리 있는 물체에서 나오는 빛에 비친 스펙트럼선의 적색 편이에 반영된다. 이것이 은하까지의 거리를 결정한다.
광활한 깜빡임
우주가 정지해 있고 움직이지 않는다? 이것은 오류다. 우주는 끊임없이 움직이고 있다. 행성은 별 주위를 공전하고, 별 또한 끊임없이 움직인다. 비록 보통 너무 멀리 떨어져 있어 맨눈으로는 볼 수 없더라도 말이다. 하지만 먼 은하의 별이 중심에 있는 초대질량 블랙홀에 접근하면, 극심한 조석력에 의해 산산이 조각나 순식간에 블랙홀에 삼켜진다.
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| ▲ 루빈 천문대는 며칠마다 우주 과정의 진행 상황을 기록하여 그 과정을 포착할 수 있다. 이를 통해 천문학자들은 예를 들어 초대질량 블랙홀이 별을 어떻게 분해하는지 관찰할 수 있다. © Max-Planck-Gesellschaft/ Phildius |
그러면 별의 잔해가 블랙홀 주위를 공전하는데, 엄청난 중력에 의해 가속되고 점점 더 강하게 끌려간다. 이 과정에서 물질은 상당히 가열되고 막대한 양의 복사를 방출한다. 이는 측정 가능하다. 이러한 조석 붕괴(TDE) 사건 후 약 10일 이내에 은하핵의 밝기가 증가한다. 약 100일 후에는 공포가 사라지고 은하는 다시 이전 수준으로 빛난다.
하지만 속도에 최적화된 망원경은 이러한 현상을 실시간으로 관측할 수 있는 기회를 제공한다. "베라 C. 루빈 천문대는 높은 프레임 속도로 이미지를 제공하고 며칠 간격으로 하늘의 같은 지점을 촬영한다. 이것이 바로 제가 이러한 조석 파괴 현상을 연구하는 데 필요한 정보다"고 막스 플랑크 천체물리학 연구소의 엘리아스 마무지치(Elias Mamuzic)는 말했다. 이에 비해 유클리드 우주 망원경은 하늘의 대부분 지점을 기껏해야 몇 번만 관측할 수 있다.
맞춤형 기술
두 망원경이 똑같을 수는 없다. 각 망원경은 거울의 크기나 집광면, 또는 사용하는 전략에 따라 고유한 목적을 갖는다. 하늘의 작은 부분만 관측하면서 최대한 깊이를 들여다봐야 할까? 그 반대일까? 아니면 두 전략 사이에서 절충안을 찾아야 할까? 여기에 제시된 정보는 제시된 네 개의 천문대만을 나타내는 것은 아니다. 다른 망원경들도 이러한 방식으로 비교할 수 있다. (끝)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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