은하·퀘이사 600만 개 담은 3차원 우주 지도 나왔다

천문연 참여 'DESI 프로젝트' 성과 발표...내년엔 4천 만개 공개

600만 개의 은하 및 퀘이사가 담긴 3차원 우주지도가 공개됐다. 지금까지 공개된 데이터로는 최대 규모다.

한국천문연구원은 암흑에너지분광장비(DESI) 프로젝트가 110억 년 전 은하와 퀘이사 600만 개의 거리와 방향이 찍혀 있는 3차원 우주 지도를 공개했다고 15일 밝혔다.

기존 우주 지도에는 은하 및 퀘이사 200만 개가 담겨 있다.

퀘이사는 준항성전파천체를 지칭한다. 천체 중심의 거대질량 블랙홀에서 막대한 에너지를 발생시켜 가시광선이나 X-선으로도 매우 밝게 보인다. 멀리 있어도 관측이 가능한 이유다.

은하와 퀘이사 6백만 개가 다긴 3차원 우주 지도.

이 프로젝트는 우주 전체 에너지의 대부분을 차지하는 암흑 에너지 정체를 밝히기 위해 분광기로 3차원 우주 지도를 만드는 대규모 국제 공동 사업이다. 한국을 비롯한 11개국, 70개 기관 연구자 900여 명이 참여한다.

미국 애리조나 주 키트피크 산꼭대기에 설치된 4m급 마얄 망원경으로 먼 은하에서 나온 빛의 스펙트럼을 정밀하게 관측하고 암흑 에너지를 연구한다. 이 망원경에는 5천 개의 작은 광섬유 로봇들로 구성된 다채널분광기가 탑재돼 있다.

이번에 공개한 우주 지도는 적경 190도, 적위 14도에 이르는 하늘의 좁은 부채꼴 모양의 관측 자료다. 

이 자료는 지구로부터 최대 110억 년 전 떨어진 은하와 퀘이사의 빛을 관측하고, 이로부터 우주가 얼마나 빨리 팽창했는지 측정한 결과다.

5천 개의 작은 광섬유 로봇들로 구성된 다채널분광기.

퀘이사의 빛을 활용해 관측하는 이미지 상상도.

연구진은 전체 우주의 팽창 역사를 오차 범위 0.5%로 측정했다. 특히, 지금부터 80억 ~ 110억 년 전 사이의 초기 우주 규모를 1% 오차 이내로 정확하게 측정했다.

천문연 관계자는 "이 같은 초기 우주 역사를 1% 오차 범위로 측정한 것은 처음 있는 일"이라며 " DESI의 지난 1년간 관측 데이터 규모가 지금껏 관측한 모든 3차원 분광 지도를 합한 것보다 크다"고 설명했다.

이 데이터 분석에 따르면 우주의 진화 양상은 LCDM(람다 차가운 암흑물질 모형)으로 설명할 수 있다. 우주는 대부분 차가운 암흑물질로 이루어져 있으며, 대폭발에 의해 우주가 기원한다는 현대 우주론의 근간이다.

연구진은 ▲DESI 관측 자료 ▲플랑크 위성의 마이크로파 우주배경복사 자료 ▲제 Ia형 초신성 자료 등을 결합해 암흑에너지가 고정되지 않고, 시간에 따라 변할 가능성이 95% 이상이라는 결과를 도출했다.

이번 DESI 데이터 분석에는 한국천문연구원의 샤피엘루 알만(Shafieloo Arman) 박사, 로드리고 칼데론(Rodrigo Calderon) 박사후연구원, 그리고 쿠샬 로드하(Kushal Lodha) 박사과정 학생을 포함한 200여 명의 연구자가 참여했다.

DESI 연구진은 향후 은하 3천700만 개와 퀘이사 300만 개의 3차원 우주 지도를 만들 계획이다.

미국 키트피크 국립천문대의 4m급 마얄 망원경.(사진=천문연구원 제공)

이형목 중력파우주연구단의 단장(서울대학교 물리천문학부 교수)은 “DESI의 이번 결과는 초기 우주의 역사를 사상 최대 규모로 가장 정확하게 분석한 결과”라고 밝혔다. 그는 “다만 허블 갈등은 여전히 중력파 활용 등 다른 방법을 통해 해결해야 한다는 과제가 남아 있다”고 덧붙였다.

우주팽창 속도를 계산하는 방법은 두 가지인데, 이 계산 결과에 따르면 우주 팽창 속도에 대략 10%의 오차가 난다. 이를 허블 갈등이라 부른다.

한국천문연구원 샤피엘루알만 박사(과학기술연합대학원대학교 교수, 중력파우주연구단 핵심연구원)는 “DESI 프로젝트를 통해 시간에 따라 암흑 에너지의 특성이 변할 가능성이 매우 크다는 것을 발견했다”며 “이번 관측 데이터로 우주의 팽창 과정과 중력에 관한 다양한 이론들을 검증하고 암흑 에너지 본질을 규명하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다.