지난 주, 유럽입자물리 연구소가 빛보다 빠른 중성미자를 발견했다고 발표하면서 100년간 그 입지를 확고히 해 온 아인슈타인의 상대성이론이 다시 한 번 공격을 받고 있다.

아인슈타인의 특수상대성이론은 ‘빛 보다 빠른 것은 없다’는 것을 전제로 하고 있기 때문이다. 만약 유럽입자물리연구소의 주장이 사실이라면 현대 물리학의 근간이 흔들리는 것이나 다름없기에 학계는 물론 전 세계인이 이번 발견에 큰 관심을 보이고 있다.

이렇게 특수 상대성 이론이 의심받게 된 와중에, 또 다른 연구팀은 반대로 아인슈타인의 일반 상대성이론이 옳다는 것을 다시 한 번 증명하는데 성공했다. 특히 이번 연구는 ‘중력 적색편이’현상을 우주 공간에서 처음으로 관측했다는 데서 큰 의미를 갖는다.

이번 연구는 코펜하겐 대학의 닐스 보어 연구소 암흑 우주 센터 천문학자들에 의해 진행됐으며 그 결과는 최근 네이처 지에 실렸다.

적색편이란 빛의 파장이 빛스펙트럼의 붉은 색, 즉 파장이 긴 쪽으로 몰리는 현상을 말한다. 가장 흔한 예로 도플러 효과로 인한 적색편이를 들 수 있다. 관측자에게서 멀어지고 있는 광원의 빛은 본래 빛 보다 더 파장이 길게 관측되는 것. 이를 통해 먼 천체들은 서로 멀어지고 있으며 우주는 팽창하고 있다는 것 까지 알아낼 수 있었다.

이번 연구에서 밝혀낸 중력적색편이는 중력의 영향으로 인한 적색편이 현상을 말한다. 천체 운동과는 상관없이 블랙홀, 은하, 은하단과 같이 중력이 매우 큰 천체 주변에서는 시간이 늦게 흐르는 것처럼 관측되기 때문에 그 공간을 지나오는 빛이 적색편이를 일으키게 된다는 것.

즉, 중력적색편이는 빛이 오직 중력에 의해서만 영향을 받는 현상이며 이는 중력렌즈현상과 함께 일반 상대성이론을 증명하는 가장 확실한 현상이라 할 수 있다. 중력적색편이 현상은 과거에 이미 증명된 바가 있지만 우주공간 규모에서 확인된 것은 이번이 처음이다.

연구팀은 먼 우주의 수많은 은하단으로부터 오는 빛을 측정해 분석했다. 은하단은 수백 개에서 많게는 수천 개의 은하가 서로의 중력에 의해 집단을 이루고 있는 것을 말한다. 거대한 중력의 은하들이 뭉쳐있는 만큼 은하단의 중력은 주변 공간에 지대한 영향을 미친다. 연구진은 이 거대 중력에 의한 적색편이 현상을 확인하기 위해 은하단 중심부에 있는 은하와 가장자리에 있는 은하로부터 방출되는 빛을 각기 관측하고 비교·분석했다.

이를 통해 은하단 중심부에서 방출되는 빛은 외곽의 은하에서 방출되는 빛 보다 중력의 영향을 더 많이 받고 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 이들로부터 관측된 적색편이 현상은 일반 대성을 이용해 이론적으로 계산한 값과 완전히 일치하는 것 또한 확인했다.

중력적색편이 현상은 우주의 대부분을 차지하고 있지만 그 정체가 드러나지 않은 암흑 물질과 암흑 에너지에 대해 밝혀내는 실마리가 될 수 있다. 특히 암흑물질의 경우엔 보이지 않고 정체도 알 수 없지만 그로 인한 중력은 이론적으로 계산이 가능하다. 중력적색편이 현상과 같이 중력이 빛의 경로 및 특성에 미치는 영향에 대해 연구한다면 그 정체를 밝히는데 큰 도움이 될 수 있는 것.

암흑물질과 암흑에너지는 우주의 90%이상을 차지하고 있다고 알려져 있기 때문에 이와 같은 연구는 우주의 탄생 및 진화에 얽힌 비밀을 풀어내는데 도움이 될 것이라 전망된다.