지워야 할 노이즈가 새 혜성이었다 — 암흑우주를 찍던 망원경의 우연한 발견

지난 10월 19일, 유럽우주국 ESA가 재미있는 소식 하나를 발표했습니다. 암흑물질과 암흑에너지를 연구하려고 만든 우주망원경 유클리드가, 지금까지 아무도 몰랐던 새 혜성을 발견했다는 겁니다. 혜성의 공식 이름은 C/2026 S1 (Euclid). 유클리드가 이전에도 혜성을 사진에 담은 적은 있지만, 전부 이미 알려진 혜성들이었고, 스스로 '발견'한 혜성은 이번이 처음입니다. 아는 얼굴을 다시 찍은 것과, 아무도 몰랐던 얼굴을 처음 찾아낸 것은 전혀 다른 일이죠. 이름 뒤에 붙은 (Euclid)라는 표시가 바로 그 발견의 증표입니다.

그런데 이 발견에는 묘한 반전이 하나 숨어 있습니다. 유클리드는 애초에 혜성을 찾으러 간 망원경이 아닙니다. 오히려 혜성이 많은 하늘은 일부러 피해서 다니도록 설계됐죠. 피하려고 설계된 망원경이 어떻게 첫 혜성을 찾았을까요. 답은 '발견하겠다'는 의지가 아니라, '지워 버려야 한다'는 필요에 있었습니다.

유클리드의 본업부터 짚어 보죠. 이 망원경은 6년에 걸쳐 수십억 개의 은하를 관측해, 100억 광년 거리까지 아우르는 거대한 우주 지도를 만드는 임무를 맡고 있습니다. 은하들이 우주 공간에 어떻게 분포하고, 그 배치가 시간에 따라 어떻게 달라져 왔는지를 보면, 눈에 보이지 않는 암흑물질과 암흑에너지가 우주에 어떤 영향을 미치는지 거꾸로 추적할 수 있기 때문입니다. 은하가 몰려 있는 자리와 비어 있는 자리의 패턴 자체가 보이지 않는 물질이 남긴 흔적인 셈이죠. 그러려면 사진 한 장 한 장이 아주 깨끗하고 안정적이어야 합니다. 흐릿하거나 흔들린 사진으로는 수십억 개 은하의 위치를 지도에 정확히 찍을 수 없으니까요.

그래서 유클리드는 태양계 안쪽의 풍경을 일부러 피합니다. 행성들이 놓인 평면의 띠에는 소행성과 혜성이 몰려 있고, 햇빛을 받아 빛나는 먼지 빛도 은하 관측을 방해합니다. 게다가 유클리드는 '스텝 앤 스테어'라는 방식으로 하늘을 찍습니다. 한 영역을 한 번 찍고 다음 영역으로 넘어가는 식이라, 같은 자리를 다시 방문하는 일이 드뭅니다. 움직이는 천체를 발견하려면 보통 같은 하늘을 반복해서 찍어 비교해야 하는데, 유클리드의 방식으로는 같은 혜성을 두 번 찍어 확인하기조차 구조적으로 어려운 셈이죠. 발견이 어려울 수밖에 없는 조건이 겹겹이 쌓여 있었던 겁니다.

그런데 바로 그 깨끗한 사진 때문에 문제가 하나 생깁니다. 가끔 사진 속에 움직이는 태양계 천체가 끼어들어 긴 줄무늬 자국을 남기는 겁니다. 별과 은하는 제자리에 머물러 점으로 찍히지만, 움직이는 천체는 노출이 이어지는 동안 자리를 옮기며 선을 그어 버립니다. 은하 지도를 정밀하게 그리려면 이런 자국, 즉 '노이즈'를 정확히 찾아내 지워야 합니다. 문제는 양입니다. 수십억 개의 은하를 찍는 프로젝트에서 사진마다 사람의 눈으로 자국을 골라낼 수는 없죠. 그래서 유클리드 팀 안에는 태양계 천체를 따로 추적하는 과학 워킹그룹이 있고, 사진 속을 움직이는 천체를 자동으로 표시해 주는 소프트웨어도 만들어져 있습니다. 문제는, 아니 반전은, 그 지우개가 너무 잘 만들어진 나머지 지워야 할 자국의 정체까지 밝혀내 버렸다는 데 있습니다.

지난 9월, 유클리드는 용자리 방향의 '딥 필드 노스'라는 하늘 영역을 관측하고 있었습니다. 이름 그대로 깊이 들여다보며 찍는 영역입니다. 9월 16일에서 24일 사이, 다섯 개 시야에서 시야마다 두 번에서 네 번씩, 모두 16번의 노출이 이뤄졌죠. 헬싱키대학교 박사과정 연구원 미코 푄티넨이 유클리드 컨소시엄의 태양계 천체 과학 워킹그룹과 함께, 자신이 개발한 이동 천체 탐지 소프트웨어로 이 사진들을 살피다가 길게 그어진 줄무늬 하나가 표시된 것을 봤습니다. 9월 20일에 찍힌 이미지에서는 560초가 넘는 노출이 이어지는 동안 천체가 움직여 선명한 줄무늬로 남았고, 그 주변에는 먼지와 가스가 뭉게뭉게 퍼진 구름, 이른바 코마가 보였습니다. 푄티넨은 코마가 보이는 것으로 보아 얼음과 먼지를 내뿜으며 활동 중인 혜성으로 판단했다고 합니다. 그리고 줄무늬의 위치를 예측해 나머지 노출 사진들에서도 같은 천체를 하나하나 찾아냈습니다. 한 번의 우연한 포착이 아니라, 16번의 노출에 반복해서 찍힌 실제 천체라는 것을 확인한 겁니다. 자신이 만든 소프트웨어가 표시한 자국을, 자신이 끝까지 추적해 발견으로 바꾼 셈입니다.

다음 순서는 검증이었습니다. 기존 혜성·소행성 카탈로그와 대조해 보니 일치하는 항목이 없었습니다. 처음 보는 천체라는 뜻이죠. 이런 발견이 보고되고 확정되는 창구가 바로 국제천문연맹 소행성센터입니다. 보고가 소행성센터로 넘어가자 지상 망원경들의 후속 관측이 이어졌고, 여러 곳에서 같은 천체가 확인됐습니다. 그리고 10월 8일, 소행성센터가 이 천체를 혜성으로 확정하고 C/2026 S1 (Euclid)이라는 공식 명칭을 붙였습니다. ESA가 이 소식을 세상에 발표한 것은 그 확정 이후인 10월 19일의 일입니다. 발견의 순간과 확정의 순간, 그리고 발표의 순간이 각각 따로 있다는 것도 이 이야기의 재미있는 부분입니다.

이 혜성이 있는 자리도 특이합니다. 발견 당시 지구에서 약 13억 킬로미터 떨어진 곳으로, 태양을 기준으로 하면 목성과 토성 궤도 사이에 해당하는 먼 거리입니다. 빛의 속도로 달려도 한 시간 넘게 걸리는 거리에서 온 사진인 셈이죠. 그런데 행성들이 놓인 평면 위에 있지 않고, 태양 기준으로 '바로 위쪽'에 있어서 태양계 위를 아치형으로 넘어가는 궤도를 그리고 있습니다. 대부분의 혜성이 행성들과 비슷한 평면을 따라 도는 것과는 꽤 다른 모습이죠. 한 바퀴를 도는 데 걸리는 시간은 수천 년 규모로 추정되지만, 이건 아직 잠정치라서 추가 관측 데이터가 쌓이면 정밀하게 다듬어질 예정입니다. 수천 년이라는 숫자가 말해 주는 건, 이 손님이 아주 먼 곳에서 아주 오랜만에 들른 존재라는 정도까지입니다.

생각해 보면 이 만남이 성립한 자리도 절묘합니다. 유클리드는 행성들이 몰린 평면의 띠를 피해 다니고, 이 혜성은 마침 그 평면이 아니라 태양계 위쪽을 아치형으로 넘어가고 있었습니다. 피해서 다니는 쪽의 동선과, 평면에서 벗어나 있는 쪽의 동선이 겹친 자리에서 발견이 일어난 셈입니다. 이 혜성이 다른 혜성들처럼 행성들의 평면을 따라 돌고 있었다면, 유클리드의 카메라에 잡힐 기회 자체가 훨씬 적었을 겁니다.

한 가지는 분명히 해 둘 필요가 있습니다. 이 혜성은 ESA가 준비 중인 혜성 탐사선 '코멧 인터셉터'가 찾아가 탐사할 대상이 아닙니다. 다만 유클리드 프로젝트 과학자 발레리아 페토리노는, 혜성을 발견하고 경보를 울리는 이번 과정 자체가 두 미션 팀이 앞으로 어떻게 협력할지를 보여 주는 실제 테스트가 됐다고 말합니다. 시간 순서로 놓고 보면 그 말이 실감 납니다. 9월 하순에 찍힌 사진에서 줄무늬가 발견되고, 카탈로그 대조와 지상 후속 관측을 거쳐 10월 8일 확정까지, 한 달이 채 걸리지 않았습니다. 새로 나타난 혜성을 재빨리 찾아내고, 위치를 알리고, 후속 관측으로 이어지게 하는 사슬이 실제로 한 번 끝까지 돌아가 본 셈이니까요. 유클리드 아카이브 과학자 브루노 알티에리도 유클리드가 발견할 것으로 예상되는 혜성은 매우 적어서, 혜성의 궤도와 그 기간 유클리드의 스캔이 겹친 것은 '행복한 우연'이었다고 했습니다.

그렇다고 앞으로 이런 발견이 자주 이어질 것 같지는 않습니다. 발견팀 스스로 예상되는 혜성이 매우 적다고 말할 만큼, 이번 일은 여러 조건이 겹쳐야만 일어나는 종류의 우연이었습니다. 다만 한 번 끝까지 돌아가 본 발견과 경보의 사슬은 기록으로 남습니다. 다음에 또 다른 줄무늬가 사진 속에 나타나면, 그게 지워야 할 노이즈인지 처음 보는 손님인지 훨씬 빨리 가려낼 수 있을 겁니다.

돌아보면 이 발견은 우연이지만, 마냥 운만은 아닙니다. 본업을 제대로 하려고 만든 도구, 사진의 오점을 하나도 놓치지 않으려고 만든 소프트웨어가 있었기에 가능한 일이었습니다. 지워야 할 노이즈를 끝까지 추적했더니, 그 끝에 카탈로그에도 없던 새 혜성이 있었습니다. 암흑우주를 찍던 망원경의 첫 혜성 발견은 그렇게, 본업에 충실한 도구가 예상 밖의 선물을 가져온 이야기로 남게 됐습니다. 유클리드의 우주 지도는 오늘도 계속 그려지고 있고, 그 지도를 다듬는 지우개가 다음에는 또 무엇을 표시해 낼지는 아무도 모릅니다.

데이터 출처: ESA 발표(2026년 10월 19일)를 전한 Nanowerk 보도, Popular Science(2026년 10월 20일), Universe Today 보도. 혜성의 확정과 공식 명칭 부여는 국제천문연맹 소행성센터(2026년 10월 8일) 기준입니다.