일본산업뉴스요약

우주의 신비, 감마선으로 다가서다
일본 등 망원경 100기 이상으로 관측, 암흑물질 정체 해명

우주에서 날아오는 빛의 일종인「감마선」을 대형 망원경으로 조사하는 일본과 유럽 등의 국제공동팀은, 우주의 약 30%를 차지한다고 하는 암흑물질이나 블랙홀의 정체를 해명하기 위해 내년 봄에 관측을 시작한다. 아프리카의 섬과 남미의 고지에 100기 이상의 감마선 망원경을 국제협력으로 건설하는「CTA계획」의 1호기로, 일본주도로 건설하고 있다. 암흑물질의 정체에 다가설 수 있다면, 노벨상 수준의 성과가 될 것이다.

CTA계획에는 일본과 스페인, 독일, 이탈리아 등 32개국의 연구기관이 참가한다. 일본에서는 도쿄대학과 교토대학, 나고야대학 등이 참여한다. 스페인령 카나리아 제도의 La Palma섬과 칠레 북부의 Paranal이라는 장소에 대소 3개 타입의 망원경을 설치한다. 건설비의 총액은 약 2억 5,000만 유로로 일본은 전체의 약 20%를 담당한다. 전체 완성은 2023년 정도로 예정하고 있다.

일본이 중심이 되어 La Palma섬에 2015년 10월부터 건설하고 있는 것은 23미터 구경의 세계 최대의 감마선 망원경이다. La Palma섬에 4기를 건설할 계획이며, 1호기의 자재를 현지로 운반해 두었고 앞으로 조립할 예정이다. 내년 3월까지 완성하여 관측을 시작한다. 망원경의 중핵 부품이 되는 광센서는 Hamamatsu Photonics가 만드는 등 일본의 제조업체도 협력한다.

구경 23미터의 대형 망원경의 렌즈 표면 넓이는 331.24㎡다. 대형 망원경을 둘러싸는 형태로 구경 12미터와 4.3미터의 망원경도 배치한다. CTA계획은 2곳의 100기의 망원경을 연대시킴으로써, 유럽이나 미국이 운용하는 감마선 천문대보다도 검출 감도가 10배 상승한다.「탐사할 수 있는 우주 영역이 30배 확대되면서 천체의 구조를 보다 자세하게 조사할 수 있게 된다」라고 도쿄대 우주선연구소의 데지마(手嶋) 교수는 말한다.

감마선은 대기에 흡수되기 때문에 지상에서는 직접 관측할 수 없다. 단, 특히 파장이 짧은 것은 대기와 반응하여「체렌코프 광(光)」이라고 부르는 파란 빛을 발산한다. 이를 망원경으로 관측한다. 관측한 빛의 강도와 빛이 오는 방향에 대한 데이터를 통해 감마선의 파장과 발생원(發生源)의 위치를 산출한다.

지금까지의 연구로, 상당히 격한 천체현상에 의해 고에너지의 감마선이 발생한다고 생각되고 있다. 별이 폭발한 후의 잔해 등에서 방출되는 것이 대표적인 예다.

블랙홀은 가스나 먼지를 빨아들일 때에 전파나 엑스선을 방출한다. 특히 물질이 격하게 움직이는 장소에서는 감마선이 나온다. 강력한 감마선을 순간적으로 발산하는「감마선 폭발」이라는 우주최대규모의 폭발현상이 다수 관측되고 있지만, 대부분은 수십억 광년 저편에서 일어나고 있으며, 상세한 내용에 관해서는 잘 알지 못한다.

감마선의 새로운 발생원으로서 주목되는 것이 암흑물질이다. 최근에 암흑물질이 상당한 비율을 차지하는 은하가 다수 존재한다는 것이 판명되었다. 그러한 은하는 가시광선이나 전파 등은 그다지 발산하지는 않지만, 암흑물질을 구성하는 입자가 서로 반응하여 감마선이 나올 가능성이 있다.

암흑물질의 정체는 불명확하지만 우주에는 방대한 양이 존재하며, 우주의 성립과 진화를 생각하는데 열쇠가 된다. 데지마 교수는「암흑물질에 유래하는 감마선을 관측할 수 있으면, 암흑물질이 어떤 성질의 것인지 알 수 있는 유력한 단서를 얻을 수 있다」라고 주장한다.

칠레의 관측거점도 구경 23미터의 망원경 4개를 중심으로 한 망원경군을 건설한다. 북반구와 남반구에 각각 거점을 설치함으로써 넓은 범위를 커버한다.

● 암흑물질
주변에 있는 보통의 물질을 구성하는 원자나 분자와는 전혀 다른 존재다. 정체를 알 수 없기 때문에「암흑」이라는 이름이 붙었다. 우주 전체를 보면, 암흑물질은 보통 물질의 약 5배 존재한다는 사실을 미국의 탐사기 관측 등을 통해 알게 되었다.

현재, 스위스의 유럽합동원자핵연구기관(CERN)에 있는 세계 최대의 가속기「LHC」를 사용하여, 암흑물질을 창출하는 실험이 진행 중이다. 광산 등 지하 깊이 설치한 실험장치로, 암흑물질과 보통의 물질과의 사이에서 발생하는 반응을 검출하는 시도도 일본, 미국, 유럽에서 실시되고 있다.

  -- 끝 --