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미세 중력 렌즈 현상에 관해 질문 드리고 싶습니다! 2020-02-21

분야
태양계/외계행성
조회수
2385

질문

이미지로 첨부를 해드리고 싶은데 따로 첨부란이 없어 텍스트로 질문드리겠습니다.
현재 지구과학 교육 과정 내에서 외계 행성계 탐사 방법 중 미세 중력 렌즈 현상에 대한 내용이 있습니다.
이와 관련하여 시중에 출판된 문제집의 문제와 관련해서 질문드리고자 합니다.

지구로부터 가까이 있는 별(X)와 지구로부터 더 먼 거리에 있는 별(Y)의 관계에서, 별 X와 Y의 거리가 멀어질수록 별빛이 많이 굴절된다. 라는 선지가 있습니다.
해당 선지의 해설로는 "별빛의 굴절량은 X의 질량에 따라 달라진다. X와 Y의 거리는 별빛의 굴절량에 거의 영향을 미치지 않는다."라고 되어있구요. 이 부분에 대해 교육 과정에서는 언급하고 있는 부분이 아닌지라, 해당 내용과 관련된 이론들을 찾아보다보니 의문이 생기게 되었습니다.

일반 상대성이론에 의해 중력렌즈 효과로 휘어지는 굴절각(θ)이 4GM/(rc^2)이라는 부분을 보았습니다. (G=만유인력 상수, M=질량, r은 영향을 받은 광원으로부터의 거리, c=진공에서의 빛의 속도)
해당 식은 간소화된 식이겠지만, 매개변수에 영향을 받은 광원으로부터의 거리가 포함되어 있는데도 불구하고 별 X와 Y의 거리가 무관하다고 보는 해당 문제의 선지가 올바른 것인지에 대한 답변을 받고 싶습니다.

답변

안녕하셔요, 한국천문연구원입니다.

미시중력렌즈 현상은 관측자와 배경천체 사이를 통과하는 또 다른 천체의 중력으로 인해 배경천체의 빛이 왜곡되는 현상입니다.
이때, 렌즈역할을 하는 천체를 렌즈, 광원 역할을 하는 배경천체를 소스라고 정의합니다.
설명을 위해 관측자의 위치를 O, 렌즈의 위치를 X, 소스의 위치를 Y로 가정하겠습니다.
미시중력렌즈 현상이 일어날 경우 소스의 위치는 렌즈의 중력에 의해 왜곡되어 Y가 아닌 다른 위치에 있는 것처럼 보이게 됩니다.
이 새로운 소스의 위치를 렌즈 평면 상에 투영시킨 위치를 Y'라고 표시하겠습니다.(이해를 쉽게 하기 위해 직각삼각형의 각 꼭지점을 O, X, Y'로 상상하시면 됩니다.)
이 때, 굴절각은 4GM/(rc*c) 형태를 지니게 됩니다. 그리고 r은 X와 Y'사이의 거리를 나타내는 변수입니다.
즉, 굴절각을 표현하는 식에는 소스의 위치 Y는 포함되어 있지 않습니다.
그리고, 렌즈의 위치 X는 보통 kpc 단위로 지구로부터 매우 멀리 떨어져 있습니다.
따라서, 렌즈의 질량 M에 비해 굴절각에 미치는 영향이 작습니다.

감사합니다.

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