미국과 유럽이 힘을 모아 우주 팽창을 가속화하는 미지의 힘 ‘암흑 에너지’ 연구에 나선다. 향후 발사될 최신 우주망원경을 활용해 우주에서 일어나는 근본 작용에 대한 중요한 단서를 탐색할 수 있을 것이라는 기대가 나온다.

29일 미 항공우주국(NASA, 나사)과 유럽우주국(ESA)은 오는 7월 ESA의 우주망원경 '유클리드'를 발사한다고 밝혔다. 유클리드는 2027년 5월 발사 예정인 나사의 ‘낸시 그레이스 로먼’ 우주망원경과 함께 우주 팽창이 가속화되는 이유를 탐구한다.

우주의 모든 물질은 서로 끌어당기는 중력을 갖고 있다. 그렇다면 우주는 점점 축소되어야 하지만 실제로는 수십억 년의 세월이 흐르는 동안 계속해서 팽창하며 더 커지고 있다.

과학자들은 중력에 반해 우주를 팽창시키는 미지의 힘을 ‘암흑 에너지’라고 이름지었다. 암흑 에너지는 우주 전체 구성 요소의 69%에 달하는 것으로 추정된다. 별·은하와 같이 우리가 눈으로 볼 수 있는 물질들이 5% 정도인 것을 고려하면 굉장히 많은 양이다.

암흑 에너지에 의해 우주가 점점 더 빠르게 커지고 있다는 사실은 1998년에 이미 관측되었으나 25년이 지난 지금까지도 암흑 에너지의 정체와 우주 팽창의 원리는 밝혀지지 않았다.

유클리드 우주망원경과 낸시 로먼 우주망원경의 핵심 임무는 이 암흑 에너지의 정체를 알아내는 것이다. 나사와 ESA는 두 망원경을 통해 이전보다 더 정확한 방법으로 암흑 에너지를 측정할 수 있을 것이라고 기대한다.

유클리드는 적외선과 광학 파장 대역에서 하늘의 약 3분의 1에 해당하는 넓은 영역을 관측한다. 낸시 로먼은 허블이나 제임스웹 우주망원경보다는 넓지만 유클리드보다는 좁은 하늘의 약 20분의 1에 해당하는 지역을 탐색한다.

유클리드가 더 넓고 먼 우주에 집중하는 동안 낸시 로먼은 태양계 외곽이나 가까운 은하에 있는 천체와 우주를 연구하는 식이다.

두 우주망원경이 함께 관측을 진행하며 중복하여 조사되는 범위에 대해서는 낸시 로먼이 확보한 더 자세하고 정확한 데이터를 토대로 넓은 범위의 유클리드 관측 데이터를 수정한다는 방침이다. 이렇게 모인 수정 사항은 향후 더 넓은 영역에 적용될 수 있다.

유클리드와 낸시 로먼은 중력 렌즈를 활용해 ‘암흑 물질’ 축적에 대한 자료도 수집하게 된다. 암흑 물질 덩어리로 인한 왜곡을 연구해 두 우주망원경이 각각 3D 암흑 물질 지도를 만들게 한다는 계획이다.

암흑 물질은 암흑 에너지와 반대로 우주의 팽창에 반발하는 중력을 갖고 있는데 나사와 ESA는 이를 역으로 분석해 우주 팽창 가속에 대한 단서를 파악할 수 있으리라 보고 있다.

이 밖에도 두 우주망원경은 은하들이 서로 다른 시간대의 우주에 어떻게 뭉쳐있는지 관측한다. 낸시 로먼은 더 나아가 우주 팽창 가속과 암흑 에너지의 존재를 확인하게 해 준 ‘I a형 초신성‘에 대한 추가 조사까지 진행할 예정이다.

NASA는 "넓은 범위에 대한 유클리드의 첫 조사는 향후 낸시 로먼의 더 심층적인 조사에 정보를 제공하게 될 것"이라며 "유클리드와 낸시 로먼의 연구를 그저 부분적으로 합치는 것보다 더 많은 결과를 얻을 것으로 본다. 두 망원경의 관찰을 합치는 것은 천문학자들이 우주에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지를 더 잘 이해할 수 있게 해 줄 것"이라고 전했다.