암흑 물질 발견을 위해 가동된 SuperBIT의 첫번째 이미지 공개!

 

 

 지난 4월 16일 가동되었던 SuperBIT가 촬영한 사진이 공개되었습니다. 이는 타란툴라 성운과, 더듬이 은하의 관측결과인데요. SuperBIT의 가동 목적이 우주에 존재하는 암흑 물질의 증거를 찾는 것이니만큼, 앞으로 SuperBIT을 통해 암흑물질을 찾아낼 수 있을지 주목받고있습니다.

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SuperBIT(Super Pressure Balloon Imaging Telescope)로 찍은 타란툴라 성운. 출처 : NASA/SuperBIT

 

​ SuperBIT가 촬영한 첫 번째 이미지는 우리 은하계의 위성 은하인 대마젤란 은하에 있는 전리수소영역인 타란툴라 성운(Tarantula Nebula)입니다. 이 지역은 지구에서 약 16만 광년 떨어져 있으며, 질량이 매우 큰 가스와 먼지의 구름으로 구성되어 있습니다. 이 성운은 매우 폭발적으로 항성이 만들어지는 성운으로 국부 은하군에서 가장 규모가 큰 폭발적 항성 생성 영역이라고 합니다.

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SuperBIT(Super Pressure Balloon Imaging Telescope)로 촬영한 더듬이 은하. 출처: NASA/SuperBIT

 

 

​ SuperBIT는 또한 용각상자자리 방향으로 약 6000만 광년 떨어진 더듬이 은하(Antennae Galaxies)로 알려져있는 NGC 4038, 4039 구역을 촬영했습니다. 이 두개의 은하는 독립된 은하가 충돌하면서 하나의 은하가 되어가고 있는 과정인데요. 우리나라에서는 이 모양이 마치 곤충의 더듬이 같다 하여 더듬이은하라고 칭했으며, 영어 명칭은 안테나 은하라고 합니다.

​ SuperBIT의 주요 과학 목표는 은하단 안의 암흑 물질의 분포 등을 조사하는 것인데요. 이것을 가능하게 하는 방법은 중력 렌즈효과를 이용하여 암흑 물질을을 지도화하는 것입니다. 중력 렌즈는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 처음으로 예측되었는데요. 이는 덩어리가 점점 커지는 물체가 늘어난 고무 시트에 놓이는 것과 같이, 은하와 같은 엄청난 질량의 물체가 시공간의 구조를 왜곡시키기 때문에 일어납니다.

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이전 허블우주망원경으로 관측한 중력렌즈 효과. 출처 : NASA/ESA/J. Lowenthal(Smith College)

 

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 빛이 이 곡률을 따라 통과하면 경로가 굽어지는데, 이 굽힘은 물체를 확대할 뿐만 아니라, 주변의 물질의 질량 분포에 대해 많은 정보를 제공할 수 있습니다. 암흑 물질은 우리 주변에서 볼 수 있는 일반 물질과 달리 전자기 방사선이나 빛과 상호작용하지 않습니다. 이로 인해 암흑 물질은 관측하기 매우 힘들지만 중력과 상호작용하기 때문에 이러한 중력렌즈 효과를 관측하면 암흑물질의 증거를 찾을 수 있을것이라 예상하고 있는 것입니다.

​ 중력 렌즈 효과는 암흑 물질의 분포를 지도화하는 데 아주 좋은 방법입니다. SuperBIT는 광선이 암흑 물질로 인해 굴절되는 현상을 관찰함으로써 암흑 물질을 조사합니다. 이를 통해 SuperBIT은 인접한 은하 군이 충돌할 때 암흑 물질 입자가 서로 부딪혀 튕겨 나올 수 있는지 여부를 확인할 것이라 합니다. 이 연구는 암흑 물질의 입자가 무엇인지 밝힐 수 있을것이라 기대되고 있습니다.

​ 더럼 대학교 물리학 교수인 Richard Massey는 "암흑 물질을 이동시키기 위해서는 은하 전체의 중력이 필요합니다. SuperBIT은 서로 충돌하는 은하 군을 관찰함으로써 암흑물질 덩어리가 충돌하며 부서지고 그 파편이 어디로 날아가는지 관측할 수 있을것입니다. 만약 암흑 물질이 압력에 의해 구겨지는 현상이나, 일부가 튀어나오는 현상을 관측한다면 우리는 마침내 암흑 물질이 무엇으로 만들어졌는 지 확인할 수 있을것입니다." 라고 말했습니다.