우주에서 은하들이 천천히 충돌하거나, 별이 폭발하고 천체가 충돌하는 소리가 들린다면 어떨까요. 사실 아무도 들을 수가 없습니다. 소리는 물체의 진동이 공기라는 매질을 통해 전달되는 파동입니다. 하지만 우주에는 이 매질이 없기 때문에 소리가 들리지 않습니다.
하지만 NASA의 '데이터 소니피케이션(data sonification)' 프로그램 덕분에 우리는 우주에서 가장 극단적인 현상들을 지구의 악기 연주 소리로 들을 수 있게 됐습니다. 데이터 소니피케이션 프로젝트는 NASA 우주학습프로그램(Universe of Learning (UoL) program)의 일환으로 NASA의 찬드라 X-선 센터(Chandra X-ray Center, CXC)가 주도하고 있는데요. 데이터 소니피케이션은 찬드라 엑스선 우주망원경, 허블 우주망원경, 스피처 우주망원경 등 NASA의 다양한 미션을 통해 수집된 정보를 소리로 변환합니다.
총알 은하단에서 들리는 소리
공식적으로는 1E 0657-56라고 알려진 '총알 은하단(Bullet Cluster)'입니다. 이 이미지는 암흑물질의 직접적인 증거를 최초로 제공했는데요. 암흑물질은 우주 대부분의 물질을 구성하는 불가사의한 물질로, 눈에 보이지 않습니다. 찬드라 망원경의 X-선(핑크색)은 허블 망원경 데이터(파란색)에서 '중력렌즈(gravitational lensing)'로 알려진 과정을 통해 볼 수 있는, 두 은하단 병합 내의 뜨거운 가스가 암흑물질로부터 비틀어져 있는 곳을 보여주는데요.
- 중력렌즈
은하단의 중력은 거대한 렌즈처럼 기능하는데요. 이 렌즈는 너무 멀리 있어 때론 어떤 방법으로도 볼 수 없는 희미한 은하의 빛을 모아주고 확대시켜줍니다. 중력으로 인해 시공간이 휘어지면서 발생하는 중력렌즈 현상을 이용하면 우리는 망원경 없이 먼 우주의 많은 부분을 볼 수 있습니다. 이는 오래된 은하를 발견하는 데 유용하게 사용될 수 있습니다. 먼 은하의 빛이 우리를 향해 이동할 때 그 빛은 가까운 곳에 위치한 은하를 지나면서 휘어지고 초점을 맞춥니다. 때때로 이것은 먼 은하의 왜곡된 호(arcs)를 만들기도 하고 혹은 여러 개의 이미지를 만들기도 합니다.
이를 소리로 변환하는 과정에서 데이터는 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하며, 각 데이터 층은 특정 주파수의 범위로 제한됩니다. 암흑 물질을 보여주는 데이터는 가장 낮은 주파수로 표현되는 반면 X-선은 가장 높은 주파수에 할당됩니다. 허블 데이터에 의해 드러난 이미지 속 은하들은, 중간 주파수입니다. 그런 다음 각각의 레이어 내의 음의 높이가 이미지의 하단에서부터 위로 증가하도록 설정돼 상단을 향하고 있는 천체가 더 높은 음조를 만들어 내게 됩니다.
초신성을 소리로 들으면?!
게 성운(Crab Nebula)은 초신성의 잔해인데요. 오늘날 망원경들은 거대한 별이 붕괴됐을 때 형성되는 빠르게 회전하는 중성자별에 의해 움직이는 오래가는 엔진을 포착했습니다. 빠른 회전과 강한 자기장의 결합은 물질과 반물질의 분출이 극에서 멀어지고 적도에서 바깥으로 바람이 불도록 만듭니다.
이러한 데이터를 소리로 변환하기 위해서 왼쪽에서 오른쪽으로 각 빛의 파장은 다른 종류의 악기와 짝을 이뤘습니다. 찬드라의 X-선(파란색과 흰색)은 금관악기이고 허블망원경의 가시광선(보라색)은 현악기이며 스피처 우주망원경의 적외선 데이터(핑크)는 목관 악기 소리를 들을 수 있습니다. 각각의 경우 이미지 상단을 향해 수신되는 더 높은 음으로 재생되고 더 밝은 빛은 더 크게 재생합니다.
세월에 따라 소리가 어떻게 달라질까?
1987년 2월 24일, 남반구의 관측자들은 우리은하의 위성은하인 대마젤란은하(Large Magellanic Cloud)에서 새로운 천체를 관측했습니다. 이는 수세기 동안 가장 밝은 초신성 폭발 중 하나였습니다. 곧 초신성 1987A(SN 87A)로 알려지게 됐습니다. 시간 경과는 1999년과 2013년 사이에 찍힌 찬드라 우주망원경(파란색)과 허블 우주망원경(주황색과 빨간색)의 관측을 보여줍니다. 이는 초신성이 되기 전, 별이 분출한 밀집된 가스의 고리를 초신성 충격파가 통과할 때 더 밝게 빛나기 시작합니다.
초점이 이미지 주위를 스쳐가면서 데이터는 밝을수록 더 높고, 더 큰 소리로 크리스탈 싱잉볼(crystal singing bowl)의 소리로 변환됩니다. 광학데이터는 X-선 데이터보다 더 높은 음의 범위로 변환되므로 두 파장의 빛이 동시에 들릴 수 있습니다. 인터렉티브 버전은 사용자가 직접 이 천문 악기를 연주할 수 있게 해준다고 합니다. 초신성과, 중성자별, 암흑물질과 같은 우주의 신비를 귀로도 느낄 수 있게됐네요.
