중력렌즈 현상을 분석해 오래 망원경 관측 없이도 퀘이사 발견 가능
현대 천문학 수수께끼 허블상수 불일치 문제 해결에도 도움

국내 연구진이 초대질량 블랙홀 천체인 퀘이사를 관측할 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

한국천문연구원 이론천문센터, 중국 우한대 물리과학기술학부, 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 물리천문학과 공동 연구팀은 초기 우주 천체 형성을 연구하는데 중요한 퀘이사를 많이 관측할 수 있는 새로운 방법을 제시했다고 25일 밝혔다. 이번 연구 결과는 천문학 분야 국제학술지 ‘천체물리학 저널’에 실렸다.

연구팀은 퀘이사의 광도곡선을 재구성해 중력렌즈 현상을 보인 퀘이사를 찾아낼 수 있는 방법을 개발했다. 중력렌즈는 아인슈타인의 상대성이론에 근거해 질량을 가진 천체가 근처 시공간을 휘게 만들어 렌즈와 같은 역할을 하는 현상이다. 천체 중력이 렌즈처럼 작동해 빛의 굴절이 일어나게 되면서 천체 모습은 여러 개로 보이거나 변형돼 보이고 더 밝거나 어두워진다.

퀘이사에 중력렌즈 현상이 나타나면 퀘이사가 서로 다른 위치에 여러 개로 보인다. 이 때는 대형 망원경을 사용하지 않고는 이미지를 구분하기 어려워 중력렌즈 현상이 일어났는지 명확히 판명하기 어렵다. 퀘이사 광도곡선을 이용하면 망원경으로 장기 관측할 필요 없이 중력렌즈 현상 발생 여부를 판명할 수 있지만 밝기 변화 패턴을 규격화하기 어렵기 때문에 퀘이사 광도곡선을 파악이 어렵다.

연구팀은 이 같은 문제들을 극복하기 위해 퀘이사의 광도곡선을 모르더라도 중력렌즈 퀘이사를 발견하는 관측법을 제시했다. 퀘이사에서 중력렌즈 현상이 나타났다고 가정하고 중력렌즈로 구분된 두 신호 사이에 걸린 시간을 조정했다. 두 신호 사이에 걸린 시간이 실제 시간과 다를 경우 광도곡선의 왜곡현상이 가장 적게 일어나는 시간을 구해 중력렌즈 퀘이사를 발견했다.

연구팀이 개발한 방법을 사용하면 중력렌즈 퀘이사를 발견할 가능성은 2배 이상으로 늘어나고 일반 퀘이사를 중력렌즈 퀘이사로 잘못 파악할 가능성도 낮아진다.

또 이번에 개발한 방법을 사용하면 현대 천문학의 수수께끼 중 하나인 허블상수 불일치 문제도 해결하는데 도움이 될 것으로 기대된다. 허블상수는 우주공간이 얼마나 빠르게 팽창하는지를 나타내는 수치로 최근 10년 동안 다양한 방법으로 측정한 허블상수 값이 서로 일치하지 않는 허블상수 불일치 문제가 해결되지 않고 있다. 중력렌즈 퀘이사는 이미지간 밝기, 광도곡선의 시간차 등 다양한 정보가 있어 이를 종합하면 정확한 거리 측정이 가능해 허블상수 불일치도 해결할 수 있을 것이라는 설명이다.

이번 연구를 주도한 아르만 샤필루 천문연구원 박사는 “이번 연구는 망원경으로 오랜 시간 관측하지 않아도 중력렌즈 퀘이사를 효과적으로 발견할 수 있음을 보여준다”고 말했다.