`중력렌즈`로 태양계 밖 항성 질량 측정 성공…아인슈타인 가설 81년 만에 증명

과학자들이 중력의 영향으로 빛이 휘는 '중력렌즈' 현상을 바탕으로 태양계 밖 항성의 질량을 측정하는 데 성공했다.

8일 카일라시 사후 미국 우주망원경과학연구소(STScI) 박사팀은 지구에서 약 18광년 떨어진 곳에 위치한 백색왜성 '슈타인 2051B'의 질량을 중력렌즈 현상을 바탕으로 측정해 우리 태양의 0.675±0.051배라는 계산 결과를 얻었다고 국제 학술지 '사이언스'에 발표했다.

멀리서 오는 별빛은 질량이 있는 물체 주변을 지나면서 중력의 영향으로 휘어진다. 이 때문에 지구에 있는 관찰자는 마치 먼 별의 위치가 바뀐 것처럼 보이는 데, 경우에 따라 멀리 있는 물체가 더 밝아 보이는 현상도 생긴다. 이런 현상은 마치 렌즈를 통과하는 빛의 경우와 비슷해 '중력렌즈'라는 이름이 붙었다.

우리 태양계 밖의 항성에 대해 중력렌즈 방식으로 질량을 측정하는 데 성공한 경우는 이번이 처음이다. 아인슈타인은 1936년 '사이언스'에 발표한 논문에서 중력렌즈의 효과에 관한 시나리오를 가정해 이론적 예측을 내놨다. 그는 항성 두 개가 지구에서 볼 때 거의 겹치지만 살짝 어긋나는 경우, 관측 데이터와 일반상대성이론을 바탕으로 앞쪽에 있는 항성의 질량을 측정하는 것이 가능하다는 가설을 제시했다. 하지만 당시 기술로는 실제 관측이 불가능해 이를 증명하지 못했다.

연구팀은 허블우주망원경을 동원해 하늘 전체에서 아인슈타인이 생각했던 것과 같이 살짝 비대칭적인 항성 배치를 찾아 나섰다. 5000여 개 항성을 후보로 삼아 뒤져 본 결과, 2014년 3월 '슈타인 2051B'라는 백색왜성이 조건에 맞는 것으로 나타났다.

연구팀은 슈타인 2051B 너머에서 오는 별빛의 위치가 변하는 것처럼 보이는 현상을 매우 정밀하게 관측해 질량을 계산했다. 관측된 위치의 각도 변화는 2밀리아크초로, 2400㎞ 떨어진 곳에 있는 개미가 100원짜리 동전 지름만큼 기어갔을 때 우리 눈에 보이는 위치 변화와 맞먹을 정도로 미세했다.

남도영기자 namdo0@dt.co.kr