[이태형의우주여행] 중력이 빛을 휘게 한다

‘별빛 미세한 변화’ 미시중력렌즈 현상 포착 / 국내 연구진, 가장 작은 ‘지구형 행성’ 발견

인류에게 지구만큼 적당한 환경의 행성은 없다. 하지만 우주에서 지구만이 인류가 생존할 수 있는 유일한 곳은 아니다. 우리 은하계에만 지구와 같은 행성이 수백억 개 존재할 것으로 추정되고 있다. 지난 5월 초, 세계적인 천체물리학자 스티븐 호킹은 인류가 앞으로 100년 이내에 지구를 떠나 우주에서 새로운 터전을 잡아야 한다고 주장했다. 기후 변화와 소행성 충돌 등으로 지구에 큰 재앙이 올 수 있으며, 지구의 재앙으로부터 인류가 종말을 피하기 위해서는 우주에 새로운 생활 터전을 만들어야 한다는 것이다. 물론 현재의 과학으로는 인류가 태양계를 벗어나는 일은 쉬운 일이 아니다.

지난 4월 말, 우리나라 천문학자들은 지구에서 1만3000광년(1광년은 빛이 1년 동안 날아가는 거리) 떨어진 우리 은하의 중심 방향에서 미시중력렌즈 현상을 이용해 지구 질량의 약 1.4배 되는 지구형 행성을 발견했다. 중력렌즈 현상은 20세기 초에 아인슈타인이 발견한 일반 상대성이론에서 증명된 현상이다. 중력이 빛을 휘게 한다는 것이 바로 일반 상대성이론이다. 볼록렌즈는 직진하는 빛을 중심으로 모아주는 역할을 한다. 중력이 렌즈처럼 빛을 휘게 하기 때문에 중력렌즈 현상으로 불린다. 중력이 센 별은 빛을 많이 휘게 하고, 약한 별은 적게 휘게 한다. 중력렌즈 현상으로 어떤 별 뒤에 있는 빛은 그 별 옆을 통과하면서 휘어져 보이게 된다.

그런데 그 별에 행성이 돌고 있다면 어떤 일이 벌어질까? 지구에서 볼 때 행성은 별에서 멀어졌다 가까워졌다를 반복한다. 행성도 작지만 중력을 가지고 있다. 결국 이 행성의 질량에 의해 그 별 뒤에 있는 빛이 휘는 정도에 아주 조그만 변화가 생긴다. 행성에 의한 빛의 조그만 변화가 바로 미시중력렌즈 현상이다. 행성이 별을 공전하는 과정에서 별 뒤에 있는 빛의 세기가 행성의 중력으로 인해 미세한 렌즈를 통과하는 것처럼 조금씩 변한다. 이 변화의 크기를 측정하면 미시중력렌즈 현상을 만든 행성의 질량과 공전 주기를 알 수 있다. 결국 행성의 질량과 행성에서 별까지의 거리를 알 수 있다는 것이다. 이번에 우리 연구진은 은하 중심부를 약 9분 간격으로 관측했고, 미시중력렌즈 현상에 의한 약 2.5시간 동안 은하 중심부의 밝기가 일시적으로 변하는 현상을 발견한 것이다. 이 행성은 지금까지 발견된 지구형 행성 중에서 가장 거리가 멀다.

행성이 별에 너무 가까우면 중력렌즈 현상을 따로 분리하기가 힘들다. 반대로 너무 멀면 행성의 움직임이 느리기 때문에 중력렌즈 현상을 감지하기가 어렵다. 미시중력렌즈 현상으로 행성을 발견하기 위해서는 별과 행성 사이의 거리가 태양에서 지구까지 거리의 1~10배는 돼야 한다. 지금까지 미시중력렌즈 현상으로 발견된 행성은 모두 56개다. 그중 우리나라가 이번에 발견한 행성이 가장 작다. 그만큼 미세한 빛의 변화를 측정했다는 뜻이다.

평소에 느끼지 못하는 중력. 그 작은 변화를 통해 우주의 숨겨진 비밀이 발견되고 있다. 질량을 가진 물체가 움직이면 반드시 흔적이 남는다. 눈으로 볼 수 없는 작은 흔적까지 찾아내는 것이 바로 현대의 과학이다. 그리고 그 중심에 우리나라가 있다는 사실이 우리를 즐겁게 한다.

이태형 한국우주환경과학연구소장