중력 렌즈

중력과 시공간 곡률에서 물체는 힘을 받지 않은 채 휘어진 시공간의 가장 곧은 길을 따라간다고 했습니다. 빛도 예외가 아닙니다. 빛은 질량이 없지만 시공간 위를 달리므로, 시공간이 휘어 있으면 빛의 경로도 함께 휩니다. 빛이 '끌려가는' 것이 아니라, 빛이 지나갈 무대가 이미 휘어 있는 것입니다.

이 효과는 일반 상대성 이론의 첫 결정적 증거였습니다. 일식 때 태양 가장자리를 스치는 별빛이 얼마나 꺾이는지를 재 보니, 빛을 그냥 입자로 보고 뉴턴식으로 계산한 값의 약 두 배였습니다. 그 두 배가 바로 일반 상대성 이론이 내놓은 예측값이었습니다. 두 배가 되는 이유는, 시간의 휘어짐만 있는 것이 아니라 공간의 휘어짐도 빛의 경로에 똑같은 크기로 기여하기 때문입니다.

오늘날 중력 렌즈는 증거를 넘어 도구가 되었습니다. 렌즈 노릇을 하는 천체의 질량이 클수록 상이 더 크게 일그러지므로, 일그러진 정도를 거꾸로 풀면 그 천체의 질량을 잴 수 있습니다. 그런데 이렇게 잰 질량은 은하단에서 보이는 별과 가스를 모두 더한 것보다 훨씬 큽니다. 빛을 내지 않으면서 중력만 미치는 물질, 곧 암흑 물질이 있다는 강력한 증거이고, 중력 렌즈는 암흑 물질이 어디에 얼마나 있는지를 그리는 거의 유일한 지도 제작법입니다.

또 렌즈는 빛을 모아 주므로 뒤쪽 천체를 밝게 키워 줍니다. 덕분에 너무 멀고 어두워 원래는 볼 수 없었을 초기 우주의 은하를, 앞에 놓인 은하단을 '천연 망원경'처럼 이용해 관측합니다.