우주의 지도를 그리다, 유클리드 우주 망원경

 다들 동의하실지는 모르지만, 아직도 저의 머릿속에 있는 최고의 우주 망원경이라고 말을 하면 허블 우주망원경이 첫번째로 나옵니다.

 그렇다면 허블 우주망원경의 최고의 작품이라고 하면 어떤 것을 말할 수 있을까요? 저는 우주의 지평을 넓혔다고 하는 '허블 딥필드'를 말합니다.

 '허블 딥필드'를 이어가는 최고의 망원경 현재 우주에서 열심히 우주의 지도를 만들고 있는 망원경! 오늘은 유클리드 우주 망원경에 대한 이야기를 하고자 합니다.

 

유럽우주국 사진 갈무리

암흑 우주 탐사의 새로운 장을 열다

 유클리드(Euclid) 우주 망원경은 2023년 7월 1일 발사된 유럽우주국(ESA)의 핵심 미션으로, '암흑 물질(Dark Matter)'과 '암흑 에너지(Dark Energy)'의 정체를 규명하기 위해 설계되었습니다.

 이 망원경은 가시광선과 근적외선을 동시에 관측할 수 있는 600메가픽셀 카메라(VIS)와 분광기(NISP)를 탑재하고 있으며, 우주의 3차원 지도를 구축해 100억 광년 떨어진 은하까지 포착합니다.

 발사 후 약 1개월 만에 지구-태양 라그랑주점 L2 궤도에 도착한 유클리드는 2023년 11월 첫 번째 전천 이미지를 공개하며 '은하단, 성운, 먼 은하군'의 놀라운 디테일을 선보였고, 2024년 5월에는 은하단 Abell 2390과 별 탄생 영역 메시에 78 등을 포함한 5개의 신규 이미지를 발표하며 과학계를 놀라게 했습니다.

 

 유클리드의 가장 혁신적인 성과는 '약한 중력렌즈 효과(Weak Gravitational Lensing)'를 통해 암흑 물질의 분포를 정밀하게 측정한 것입니다.

 2024년 초 공개된 데이터에 따르면, 단 24시간 관찰만으로 1,100만 개의 천체를 식별하고, 은하 간 거리와 적색편이(Redshift)를 분석해 우주 팽창 가속화의 패턴을 추적했습니다.

 또한, '자유 부유 행성(Free-floating Planets)'과 갈색 왜성(Brown Dwarfs) 등 기존에 탐지하기 어려웠던 천체들을 대규모로 발견하며, 우주 구조 형성의 새로운 단서를 제공하고 있습니다.

 

 

극복해야 했던 난관들: 우주에서 맞닥뜨린 예상치 못한 도전

 첫 번째 위기는 발사 직후 찾아왔습니다.

 유클리드의 '미세 유도 센서(Fine Guidance Sensor)가 우주선을 향제로 인식하지 못해 별 패턴 추적에 실패한 것이죠.

 이 문제는 지상팀이 소프트웨어 업데이트를 통해 1개월 만에 해결했지만, 이후에도 '태양광 반사 간섭'과 '거울 결빙'이라는 새로운 장애물이 나타났습니다.

 망원경의 VIS 기기가 특정 각도에서 태양빛이 반사된 잡광을 포착한 것이 원인으로, 결국 망원경을 미세하게 회전시켜 빛의 경로를 차단하는 방식으로 극복했습니다.

 

유클리드 우주 망원경의 가이드 스타 오류 사진 / 유럽우주국 사진 갈무리

 

 하지만 가장 치명적인 문제는 '얼음 층'이었습니다.

 지구에서 흡수된 수분이 진공 상태에서 서서히 방출되며 거울 표면에 'DNA 두께(약 10나노미터)'의 얼음이 형성된 것이죠.

 이는 망원경의 민감도를 점차 저하시켰고, ESA는 2024년 3월부터 '거울 가열 작전'을 시작했습니다.

 각 거울을 개별적으로 가열해 얼음을 제거하는 이 절차는 예상보다 뛰어난 성과를 거두며 감도가 15% 회복되는 성과를 이뤘습니다.

 

 

2030년까지 이어질 우주 분석의 청사진

 유클리드는 향후 6년 동안 '전체 하늘의 1/3'을 관측하며 1,700페타바이트(PB) 규모의 데이터를 축적할 예정입니다.

 2025년 3월에는 첫 공개 데이터셋(Q1)이 발표되며, 과학자들은 이를 통해 '은하의 대규모 구조'와 암흑 물질의 상호작용을 분석할 계획인데, 특히 NASA의 '낸시 그레이스 롬안 우주 망원경'과 협력해 암흑 에너지의 시간에 따른 변화를 연구하며, 2030년까지는 '우주 팽창의 정확한 역사'를 재구성하는 것이 목표입니다.

 

 

 또한, 유클리드는 '초기 우주의 빛'을 포착해 빅뱅 직후 은하 형성 과정을 밝힐 것으로 기대됩니다.

 2024년 5월 공개된 논문에서는 '100억 년 전 은하'에서 방출된 빛을 분석해 암흑 물질의 분포를 3D로 시각화한 결과가 포함됐습니다.

 앞으로의 도전과제는 망원경의 열적 안정성을 유지하면서 얼음 재형성을 방지하는 것이지만, ESA는 주기적인 가열 절차를 통해 임무 기간 내내 고성능을 유지할 것이라고 밝혔습니다.

 

 유클리드의 여정은 인류가 '우주의 95%를 차지하는 미지의 영역'을 이해하기 위한 첫 걸음으로, 이 망원경이 쌓아갈 데이터는 암흑 우주의 비밀뿐 아니라, '다중 우주론'이나 '중력 이론의 수정'과 같은 근본적인 물리학적 질문에도 답을 줄 것으로 과학계는 기대하고 있습니다.