KISTI의 과학향기

과거는 우리에게 쓰라린 기억으로 남기도 하지만, 그래도 회상할 수 있는 추억을 가진 사람은 행복하다. 개인과 민족은 모두 자신의 역사를 알고 싶어하고 기록으로 남기고 싶어한다. 그래서 역사와 족보에 집착을 하고 일기와 회고록을 남기기도 한다.그런데 세상에는 개인과 국가 그리고 민족을 훨씬 넘어서서 우주의 기원을 밝히고 싶어하는 사람들이 있다. 흔히 그들을 천체물리학자라고 한다. 인간이 탄생하기도 전의, 지구와 태양계가 생기기도 전, 그 태고의 장면을 보고싶어 하는 사람들이다. 이들에게 필요한 것은 타임머신일까? 하지만 타임머신이 실현 불가능하다는 것은 이젠 웬만한 사람들은 다 안다. 이들에게 필요한 것은 우습게도 망원경이다. 천체물리학자들은 망원경만 있으면 그 태고의 역사를 눈으로 볼 수 있다고 말한다.사실 우리는 매일 과거를 경험하고 있다. 지금 이 순간 우리를 비추고 있는 태양은 8분 20초 전의 태양이다. 빛의 속도는 초속 30만 킬로미터. 1초에 지구를 일곱 바퀴 반이나 돌 수 있는 빠르기이지만 저 멀리 떨어져 있는 외부은하에서 우리에게 오기까지는 많은 시간이 걸릴 수밖에 없다. 따라서 멀리 떨어져 있는 천체에서 온 빛은 그만큼 오래된 우주의 모습을 보여주는 것이다. 이것을 천체물리학에서는 ‘룩 백 타임 효과’(Look-Back Time Effect)라고 한다.

인간이 목격한 가장 먼 우주는 지금으로부터 100억 년 전의 것. 자그마치 100억 광년 떨어진 우주의 모습이다. 현대인은 이것을 우주에 떠 있는 허블 망원경으로 관찰하였다. 하지만 허블 망원경의 성과에 만족하지 못하는 과학자들이 있다. 대표적인 인물이 바로 연세대학교 천문학과의 이영욱 교수이다.



허블 망원경은 광학망원경으로 우리 눈으로 볼 수 있는 가시광선의 대역을 관찰하지만, 우주 초기에 생성된 젊은 별이나 나이가 아주 많은 별들은 온도가 매우 높아서 우리 눈에 보이지 않는 자외선 영역의 빛을 내기 때문에 관측하기가 어렵다. 또 허블은 고배율로 인해 은하 전체를 관찰할 수 없다는 문제가 있다. 마치 카메라의 줌을 사용하면 확대된 부분은 잘 보이기는 하지만 적은 면적밖에 볼 수 없는 것과 같다.



‘우주 나이’는 천문학 분야에서 최고의 난제로 남아 있다. 우주가 팽창하는 속도를 기준으로 계산한 우주의 나이는 100억 년인데 반해, 우리 은하 속에는 120억 년이나 된 구상성단이 있기 때문이다. 이런 모순을 해결하려면 우주에서 나이가 많은 은하를 찾아야 한다.

우주 나이를 알고 싶은 이영욱 교수가 새롭게 필요로 한 망원경은 자외선 영역을 사용하고 넓은 면적을 관찰할 수 있는 ‘자외선 우주 관측 위성’이다. ‘은하 진화 탐사선(Galaxy Evolution Explorer, 줄여서 갤렉스 GALEX)’이라는 이름이 붙은 이 위성은 지난 2003년 4월 28일 발사되어 우주에서 관측한 수많은 자외선 영상을 지구로 전송하고 있다.

우리 은하와 가장 가까운 은하는 천 억 개의 별로 구성된 안드로메다 은하로서 250만 광년 떨어져 있다. 특히 안드로메다 은하에 커다란 관심을 갖는 이유는 우리 은하와 가장 가까워서 관측이 쉬울 뿐만 아니라 우리 은하와 크기, 질량 등 여러 가지 물리적 성질이 비슷하기 때문이다.



안드로메다 은하는 밤하늘에서 보름달 직경의 여섯 배로 관측되므로, 기존의 망원경으로는 한 눈으로 보는 것 자체가 불가능했다. 그런데 이번에 ‘갤렉스’가 보내온 자외선 영상은 안드로메다 은하의 중심부 미세구조까지 보여주고 있다.

갤렉스 연구팀은 대한민국의 이영욱 교수팀이 개발한 자외선 연령측정 모델을 적용하여 안드로메다 은하는 지금까지 알려진 것과는 달리 나선형이 아닌 동심형 구조이며 우리 은하와 물리적 성질뿐만 아니라 나이도 비슷하다는 것을 밝혀냄으로써 우주 나이에 얽힌 모순을 풀어낼 실마리를 찾았다. 현재 전세계의 천체물리학자들은 8월에 발행될 ‘아스트로피지컬 저널(Astrophysical Journal)’ 특별호를 고대하고 있다. 여기엔 갤렉스 연구팀의 지난 1년 간의 연구 성과가 29편의 논문에 정리되어 발표될 예정이기 때문이다.



이제 연구팀의 과제는 우리 은하보다 더 오래된 은하를 찾는 것이다. 그 이유를 이영욱 교수는 이렇게 말한다. “한반도에서 나온 화석만으로 지구의 나이를 알 수 없듯이, 우주의 나이는 우리 은하의 나이만으로는 구할 수 없다.”

과연 우주의 나이는 얼마나 되었을까? 과연 그 끝가지 우리가 추적할 수 있을까? 앞으로 2년 동안 더 활동할 예정인 갤렉스 위성과 이영욱 교수팀의 활약을 기대한다. (글 : 이정모 - 과학칼럼니스트)