우주서 가장 큰 ‘8겹 중력렌즈’, 어디까지 볼 수 있나

우주에서 가장 큰 렌즈는 지구나 태양계가 아닌 우주 먼 곳에 있다. 멀리 있는 천체를 수십 배 확대해 주는 중력렌즈가 그것이다. 아인슈타인의 상대성 이론에서 예측된 중력렌즈는 은하나 은하들이 모인 은하단의 중력에 의해 빛의 경로가 휘어 렌즈처럼 빛을 확대하는 현상으로 실제 천문학자들에 의해 관측됐을 뿐 아니라 이제는 먼 우주를 관측하는 주요 수단으로 활용되고 있다.

그런데 이런 중력렌즈 가운데는 지구에서 관측했을 때 여러 개의 은하와 은하단이 일렬로 늘어서 빛을 여러 번 증폭하는 다중 렌즈도 존재한다. 미 국립 로렌스버클리연구소의 윌리엄 쉐우와 동료들은 이런 다중 중력 렌즈를 찾던 중 무려 8개의 중력 렌즈가 일렬로 늘어선 8겹 중력 렌즈를 찾아냈다.

DESI-090.9854-35.9683는 암흑에너지 분광학 장치(DESI)를 이용해 찾아낸 중력렌즈로 가장 큰 렌즈 역할을 하는 은하단은 지구에서 50억 광년 떨어져 있다. 그리고 그 뒤로 76억 광년에서 120억 광년까지 7개의 은하가 일렬로 늘어서 있어 그만큼 먼 우주를 더 자세히 관측할 수 있다.

그런데 중력렌즈는 사실 사람이 만든 렌즈처럼 균일하지 않기 때문에 사실은 상이 또렷하게 맺히는 경우보다 일그러진 형태로 관측된다. 큰 은하단 뒤에 늘어선 7개의 은하 역시 정확히 초점이 맞는 게 아니기 때문에 렌즈의 가장 자리에 대관람차처럼 돌아가면서 그 모습을 보여준다. 그 결과 인간이 만든 렌즈에서는 볼 수 없는 독특한 형태를 볼 수 있다.

연구팀이 공개한 중력렌즈의 실제 사진을 보면 중앙의 렌즈 가장 자리에 7개의 은하가 회전하면서 몇 개씩 이미지를 보여준다.(숫자는 은하의 번호이고 a, b, c는 같은 은하의 다른 이미지) 오히려 초점이 맞지 않기 때문에 과학자들은 뒤에 있는 은하도 가리지 않고 볼 수 있는 셈이다.

물론 이미지가 몇 개로 나눠지고 일그러지는 문제도 있지만, 고성능 최신 컴퓨터를 이용하면 이 정도는 간단히 복원해 본래의 모습을 확인할 수 있다. 참고로 이번 연구에는 국립 에너지 과학 연구 센터 NERSC의 펄뮤터 슈퍼컴퓨터가 사용됐다. 과학자들은 이번 발견이 우주의 탄생과 진화, 암흑 에너지와 암흑 물질 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.