2013년, 6개국에서 약 300여명의 과학자들이 모여 ‘다국적 암흑 에너지 조사단(DES – Dark Energy Survey)’이란 걸 만들었다. 우주의 거미줄처럼 분포되어 행성들의 중력장을 잡아주는 ‘암흑물질’의 존재를 규명하기 위해서다.

그리고 이번에 이 과학자들이 미국 물리회의 총회에서 암흑물질에 대한 상세한 지도를 제시했다.

조사단이 지도를 만드는 데 사용한 카메라는 무려 5억 7천 만 픽셀. 아무리 작은 왜곡이라도 잡아 낼 수 있도록 설계됐다. 암흑물질은 빛을 반사하지 않기 때문에 육안으로 볼 수가 없기에 이 카메라를 이용해 중력렌즈효과가 일어나는 지점을 찾아 암흑물질의 존재를 확인했다.

중력렌즈효과는 아인슈타인의 일반 상대성이론으로 증명이 가능한 일종의 왜곡 현상이다. 큰 질량을 가진 물질은 중력이 너무 강해 공간을 휘게 하는데, 이 휜 공간을 따라 빛의 궤도가 바뀌면서 천체의 주위가 마치 렌즈의 곡면처럼 왜곡되는 현상이 발생한다. 이를 중력 렌즈 효과라 부른다.

두 개 은하계와 공백을 둘러싼 질량 분포.

만약 사진처럼 우주의 두 은하계에서 지구에 도달한 빛을 찍었다고 가정해보자. 해당 우주부터 지구까지의 도달한 빛이 거쳐오는 평균 질량을 산출하면 대략 빛이 어느 정도 왜곡을 거치는 지를 구할 수가 있다.

그런데 몇몇 지역, 그러니까 암흑 물질이 있을 것으로 예상되는 지역에서 도달한 빛들은 ‘암흑물질’의 질량에 영향을 받아 유독 심하게 ‘중력렌즈효과’를 보이며 굴절된다. 과학자들은 이런 현상을 통해 암흑물질의 존재를 추측할 수밖에 없었다.

물론 이 지도는 완벽하지 않다. 일단 중력렌즈의 왜곡효과가 생각했던 만큼 크지 않았고 5억7천만화소의 ‘빅토르 블랑코’망원경 역시 완벽한 상태가 아니기 때문이다.

총 5년으로 계획인 ‘암흑물질’ 프로젝트는 향후 3년간 더 진행될 예정이다. 과학자들은 앞으로 중력렌즈효과의 측정을 방해하는 요소를 제거하는 방법으로 예측도를 높이고 관찰 범위를 넓혀 우주에 퍼져있는 암흑 물질을 3차원으로 지도화할 계획이라고 한다.

그동안 우주 질량의 대부분을 차지하지만 관찰할 수 없었던 ‘암흑물질’의 신비가 벗겨질 날이 얼마 남지 않았다.

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