미국 애리조나주 키트피크 국립천문대 메이올 망원경 위로 별들이 원을 그리며 흐른 장노출 사진. DESI가 장착된 망원경이다. 루크 티아스, Berkeley Lab, KPNO, NOIRLab, NSF, AURA 제공


인류 역사상 가장 큰 우주 3차원 지도가 완성됐다. 은하 4700만개를 담은 지도로 우주의 70%를 차지하면서도 정체를 알 수 없는 암흑에너지의 비밀을 풀 결정적 단서가 될 것으로 기대된다.?
미국 에너지부 산하 로렌스버클리국립연구소(LBNL)는 암흑에너지 분광기(DESI) 연구팀이 5년간의 관측을 마무리하고 은하 4 게임몰 700만개를 담은 우주 3D 지도를 완성했다고 15일(현지시간) 발표했다. 당초 목표였던 3400만개보다 1300만개 더 많은 결과다.
우주는 약 138억년 전 빅뱅 이후 지금도 점점 빠른 속도로 팽창하고 있다. 가속하는 팽창을 설명하기 위해 과학자들은 정체 모를 힘이 우주를 밖으로 밀어내고 있다고 추정한다. 1998년 마이클 터너 미국 알라딘게임 시카고대 천문학자는 정체 모를 힘에 '암흑에너지라'는 이름을 붙였다. 암흑에너지는 우주 전체 에너지의 약 70%를 차지하는 것으로 추정되지만 정체는 아직 밝혀지지 않았다.?
물리학자 알베르트 아인슈타인은 일반상대성이론에 우주의 팽창을 설명하는 상수인 '우주 상수'를 추가해 암흑에너지가 우주 전체에서 항상 일정한 값을 유지한다고 가정했다. 릴게임하는법 암흑에너지가 시간에 따라 변한다면 아인슈타인의 가정은 틀린 것이 되고 우주가 앞으로 얼마나 빠르게 팽창할지에 대한 예측도 완전히 달라진다.



DESI가 5년간 관측해 완성한 우주 3D 지도. 지구가 중심에 위치하며 점 하나하나가 은하 하나를 나타낸다. DESI 협력단, KPN 릴게임5만 O, NOIRLab, NSF, AURA, R. 프록터 제공


DESI는 암흑에너지의 정체를 파악하기 위해 설계됐다. 미국 애리조나주 키트피크 국립천문대의 4미터급 니컬러스 메이올 망원경에 장착된 DESI는 5000개의 광섬유를 소형 로봇 팔로 움직여 약 20분마다 수천 개의 은하 빛을 동시에 포착한다 모바일바다이야기 . 빛을 분광기로 분석하면 은하까지의 거리를 계산할 수 있다.?
DESI에서는 매일 밤 약 80기가바이트(GB)의 데이터가 슈퍼컴퓨터로 전송된다. DESI는 2021년 5월 관측을 시작해 북반구 하늘의 약 3분의 2를 검토했으며 예정보다 빠르게 임무를 완료했다. 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 팬데믹으로 초기 시험이 중단되고 2022년 산불이 키트피크를 휩쓸었지만 망원경 피해는 없었다.
지도의 핵심 원리는 우주 초기 물질이 퍼져나가며 남긴 파동의 흔적인 '바리온 음향 진동(BAO)'이다. 빅뱅 직후 우주가 뜨거운 플라즈마 상태일 때 물질과 빛이 함께 출렁이며 퍼져나갔고 파동의 흔적이 은하 분포에 특정한 간격으로 새겨져 있다. DESI는 시대별 은하 분포를 비교해 각 시기의 우주 팽창 속도를 추적하고 암흑에너지가 시간에 따라 어떻게 변했는지?파악한다.



DESI 5년 관측 지도의 일부. 우리 은하 위아래로 분포한 은하와 퀘이사가 담겼으며 확대된 원 안에서 중력에 의해 형성된 우주의 거대 그물망 구조가 드러난다. 지구가 쐐기 모양 중심에 있고 가장 먼 은하에서 출발한 빛은 지구에 도달하기까지 110억 년이 걸렸다. 클레어 라만, DESI 협력단 제공


앞서 공개된 DESI의 3년치 중간 분석 결과도 주목 받는다. 암흑에너지의 세기가 시간에 따라 변해왔다는 징후가 포착됐다. 지금까지 과학자들은 암흑에너지가 우주 어디서나, 언제나 같은 세기로 작용한다고 가정했다. 만약 암흑에너지가 변한다면 지난 100년간 물리학의 근간으로 자리 잡은?아인슈타인의 일반상대성이론을 수정해야 하고 우주가 앞으로 얼마나 빠르게 팽창할지에 대한 예측도 완전히 달라진다.
연구팀은 아직 데이터가 충분하지 않아 우주 팽창에 대한 결론을 내리기는 이르다고 밝혔다. 5년치 전체 데이터를 분석한 결과는 2027년 발표될 예정이다.
DESI는 2028년까지 관측을 계속해 지도를 약 20% 확장할 계획이다. 은하뿐 아니라 우리 은하 주변의 작은 왜소은하와 별 흐름도 추가로 관측해 또 다른 우주 수수께끼인 암흑물질 연구에도 활용할 예정이다.?
완성된 우주 3D 지도는 DESI 공식 홈페이지(desi.lbl.gov)에서 누구나 볼 수 있다. 지구가 지도 중심에 위치하고 점 하나하나가 은하 하나를 나타내며, 지도를 회전시키거나 확대해 은하들이 우주 공간에 퍼져 있는 모습을 직접 확인할 수 있다.
마이클 레비 DESI 국장은 "당초 계획을 뛰어넘는 탐사를 이제 막 시작했다. 무엇을 발견할지 모르지만 꽤 흥미로울 것"이라고 말했다.
[임정우 기자 jjwl@donga.com]