최근 천문학자들의 관측 연구에서 가장 흥미로운 현상 중의 하나는 중력렌즈 현상이다. 중력렌즈 현상은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 제시된 것이며, 암흑 물질의 존재를 확인하는 가장 결정적인 증거이다.
중력렌즈 현상 관측
아인슈타인은 우주의 질량체의 주변은 시공간이 휘어 있으며 이를 중력장으로 표현하고, 거대한 질량을 갖는 천체 주변을 통과하는 빛은 중력장을 지나 마치 렌즈를 통한 빛처럼 휘어져 관측될 것을 예상했다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 근거한 이러한 예측에 대하여 1919년 에딩턴은 개기일식 때 태양 근처를 스쳐 지나오는 별빛의 경로가 휘어져 보인다는 사실을 확인하여 중력렌즈 현상을 처음으로 관측했다.
중력렌즈 현상 구분
퀘이사와 같이 우주의 먼 곳에 위치하는 천체에서 나오는 빛도 거대한 은하나 은하단을 스쳐 지나오면서 중력렌즈 현상을 경험한다. 다만 은하나 은하단의 중력장에 생기는 렌즈 현상은 일반적인 렌즈처럼 빛을 한 곳에 모을 수 없기 때문에, 휘어지는 빛은 한 점에 모이지 않고 여러 개의 상으로 나타날 수 있다. 중력렌즈 현상에 의해 나타나는 상의 모양에 따라, 고리 모양의 아인슈타인 링, 심자가 모양의 아인슈타인 크로스, 긴 호 모양의 거대 아크 등으로 구분된다.
중력렌즈 현상의 경험과 질량을 추정
중력렌즈 현상에 의해 다른 위치에서 나타나는 빛들을 천문 관측을 통해 보면 동일한 특성을 갖는 빛임을 알 수 있으며 따라서 우주의 먼 곳에서 하나의 천체로부터 오던 빛이 은하와 은하단에 의해 중력렌즈 현상을 경험한 것을 알 수 있다. 그리고 그 빛의 휘어진 정도를 측정하여 중력렌즈를 일으키게 하는 은하와 은하단의 역학적인 질량을 추정할 수 있다.
지금까지의 연구를 토대로 중력렌즈 현상을 관측하고 분석하여 얻은 은하단의 역학적 질량은 은하단 내 은하들 각각의 빛의 밝기를 측정하여 결정한 질량에 비해 7배 이상 더 크다는 사실을 알게 되었다. 이것은 은하단 내 은하단들을 이루는 바리온 물질들에 비해 암흑 물질이 훨씬 더 많이 분포하고 있다는 것을 의미한다.
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