1000개의 별로 구성된 천억 개의 은하가 있는 우주에서 빛이 편향되나?
8월 22일 리포트에서는 빛의 회절과 간섭에 대해서 알아보았는데 이번에는 우주에서 빛이 중력에 의해서 휘는 현상에 대해서 알아보겠습니다.

1. 중력이란?
먼저 중력에 대한 뉴턴과 아인슈타인의 정의를 알아보겠습니다.
뉴턴은 중력이란 질량을 가진 물질들이 서로 끌어당기는 힘으로 정의하였습니다. 반면 아인슈타인은 질량에 의한 공간의 휘어짐으로 정의하였습니다. 즉, 뉴턴은 주변 공간은 변하지 않고 질량에 의한 인력만 작용한다고 보았지만 아인슈타인은 질량에 의해 주위 공간이 변하여서 물질이 영향을 받는다고 보았습니다.

그림1. 뉴턴과 아인슈타인의 중력과 공간에 대한 정의
2. 빛의 휨과 중력 렌즈 효과
아인슈타인은 상대성이론에 기반한 중력이론으로 공간이 휘어졌기 때문에 빛도 영향을 받아 그림 2와 같이 이동 경로가 변할 것을 예측하였습니다. 그리고, 아서 에딩턴은 태양 근처를 통과하는 빛이 휘어져 실제 위치와 관측 위치가 다름을 확인하여 아인슈타인의 이론이 맞음을 증명하였습니다.

그림 2. 태양에 의한 빛의 휨
이와 같이 중력이 렌즈처럼 작용하여 빛이 휘는 현상을 중력 렌즈 효과라고 하며 천체 관측 시에 볼 수 있습니다. 예를 들면, 그림 3과 같이 멀리 있는 은하에서 방출된 빛이 질량이 큰 퀘이사 주위를 통과하면서 휘어져 지구에 도달하게 되면 망원경에서는 왼쪽과 같이 퀘이사 주위에 붉은색 링이 있는 것처럼 보이게 됩니다.

그림 3. 중력 렌즈 효과
김성수 Ph.D
Physicist

* 다음주 주제: 인공조명이 조류에 미치는 영향

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