인간이 우주에서 관찰할 수 있는 천체는 전체의 5%에 불과합니다. 나머지 95%는 암흑물질과 암흑에너지입니다. 과학자들은 둘을 주변에 미치는 중력효과를 통해 감지하고 있습니다. 하지만 직접 관측할 수는 없었습니다. 하지만 앞으로는 새로운 장비로 인해 신비로 남아있는 영역을 볼 수 있을지도 모릅니다. 7월 1일 유클리드 우주망원경이 오전 11시 11분(현지시각) 케이프 커내버럴 우주기지에서 스페이스X 팰컨 로켓으로 발사되었습니다.

유클리드는 라그랑주점 L2 궤도에서 임무를 수행하게 됩니다. 태양계 외곽 100마일 떨어진 지점입니다. 지구를 떠난 후 도착까지 약 30일이 걸립니다. 현재 L2 궤도를 돌고 있는 천문학 시설로는 제임스 웹 우주망원경이 있습니다.

일단 작동하기 시작하면 최대 100억 광년 떨어진 수십억 개 은하를 자세히 측정할 수 있습니다. 암흑 물질과 암흑 에너지가 어떻게 우주를 구성하는지 연구할 계획입니다. 장착한 1.2 미터 너비 거울은 가시광선 및 근적외선 파장 빛을 수집합니다. 가시광선 카메라와 근적외선 분광기 및 광도계로는 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 거리를 가늠할 수 있습니다.

린들리 윈슬로우 MIT 물리학 교수는 "놀라운 정밀도로 많은 은하를 측정할 수 있는 유클리드의 위대함은 인간 공학의 놀라운 업적이다"며 "정밀하게 우주론을 연구할 수 있다는 사실은 멋진 일이다"고 밝혔습니다.

우주론은 우주의 기원과 형성 및 구조에 관한 학문입니다. 학계에서는 람다-CDM 모델으로 우주를 설명하고 있습니다. 우주상수인 람다는 암흑 에너지와 연관된 수치로 진공에서 에너지 밀도를 나타냅니다. 가속 팽창하는 우주를 설명할 수 있는 값입니다. CDM은 차가운 암흑 물질(cold dark matter)의 약자로 일반 물질들과 중력으로 상호작용하는 존재입니다.

윈슬로우는 람다와 CDM을 "우리가 알고 있는 우주를 형성한 두 가지 요소다"고 말했습니다. 그는 암흑 에너지는 우주 팽창을 주도하고 초기 우주에서는 가시적으로 보이는 물질들을 끌어모아 은하와 별을 만들었다고 설명합니다. 람다-CDM은 광대한 우주에 대해 많은 부분을 해명해 줍니다. 하지만 소규모 우주가 작동하는 방식을 밝히는 입자 물리학 표준 모델과 맞지 않습니다. 유클리드는 더 정교한 람다-CDM을 개발하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 

윈슬로우는 "우리는 더 많은 데이터를 얻을 수 있을지 정말 관심있다"며 "람다-CDM으로 설명할 수 없는 무언가를 찾을 수 있을까?"라며 호기심을 표현했습니다.

유클리드는 새로운 발견을 위해 중력 렌즈 효과에 집중하려 합니다. 암흑 물질처럼 무거운 질량을 가진 천체에서 발생하는 현상입니다. 주변 공간을 왜곡하는 과정에서 빛이 증폭됩니다. 여러 과학자로 구성한 유클리드 컨소시엄의 미국 측 회원인 레이첼 만델바움 카네기멜론대학 천체물리학자는 "우리는 뒷배경에 있는 은하를 통해 앞의 물질 구성을 추정하고 있다"며 "은하와 우리 사이에 자리한 모든 물질 효과를 측정하려고 노력하고 있다"고 밝혔습니다.

만델바움에 따르면 암흑에너지 연구에도 중요한 자료입니다. 암흑 물질은 다른 물질이 서로 뭉치도록 유도하지만 암흑에너지는 암흑 물질의 중력효과를 상쇄합니다. 지구로부터 일정 거리에서 물질이 얼마나 뭉쳐있는지 측정한 값은 두 힘의 역학에 관해 가르쳐줍니다. 그는 "우주가 어떻게 성장하고 있는지 파악하고 물질 구성에 암흑에너지가 어떤 영향을 미치는지 추론할 수 있다"고 강조했습니다.

유클리드는 최초로 지구 밖 궤도에서 중력렌즈 관련 조사를 수행하는 조사입니다. 과거에도 중력렌즈 효과 관련 연구가 진행한 기록이 있습니다. 하지만 지상에서 망원경으로 관찰했습니다. 우주로 올라가면 천문 연구의 다른 차원이 열립니다. 

만델바움은 "지상에 기반한 망원경에서는 먼 별과 은하 빛이 지구 대기로 인해 우주 망원경보다 더 흐릿한 이미지로 보인다"며 "은하 모양에서 미묘한 왜곡을 찾아내려 할 때 L2에서 유클리드가 바라본 시점이 도움 될 것이다"고 주장했습니다.

암흑 물질과 암흑 에너지는 까다로운 주제입니다. 과학자들은 최대한 다양하게 자료를 수집하려고 시도합니다. 현재 칠레에 건설 중인 베라 루빈 천문대가 한 예시입니다. 지상에 기반하고 있지만 남쪽 하늘 전체를 정밀하게 스캔하려고 합니다. 만델바움에 따르면 다른 조사 결과로 유클리드 연구 결과의 신빙성을 검증할 수 있습니다.

그는 "유클리드는 같은 과학적 목표를 공유하지만 다른 관측자료와 이론적 가정을 지닌 광대한 연구 자료에 속한 흥미로운 실험이다"며 "그들은 우주에 관한 근본적인 질문에 대답하기 위해 우리와 구분되는 접근 방식으로 다른 일을 할 것이다"고 말했습니다. 

※이 기사는 popsci.com 원문을 바탕으로 작성됐으며, 번역은 파퓰러사이언스코리아 소속 기자가 도왔습니다.

/ 글 JON KELVEY 기자 & 육지훈 기자