3.3 중력 렌즈 효과: 장력 포텐셜이 이끄는 자연스러운 결과

목차 ／ 제3장: 거시적 우주

용어. 본 절에서 중력 렌즈에 필요한 “추가 끌림”은 두 가지 매질 효과로 설명합니다. 첫째, 일반화된 불안정 입자(GUP) 의 수명 동안 미소한 견인이 중첩·평균되어 형성되는 통계적 장력 중력(STG), 둘째, 분해·소멸 시 매질로 주입되는 에너지가 장력 배경 잡음(TBN) 으로 나타나는 효과입니다. 이하에서는 일반화된 불안정 입자를 간단히 “불안정 입자”라고 부릅니다. 이후 본문에서는 약어 대신 통계적 장력 중력과 장력 배경 잡음이라는 한글 표기를 사용합니다.

I. 현상과 과제

• 호(arc)에서 다중 영상까지. 원거리 광원이 전경의 은하·은하단에서 굽어지며 호, 아인슈타인 고리, 다중 영상이 생깁니다. 더 넓은 시야에서는 정렬된 약한 전단이 수많은 배경 은하의 모양을 같은 방향으로 완만히 늘입니다.
• 시간도 ‘늘어납니다’. 같은 원천의 서로 다른 광경로는 도착 시각이 수일~수주 차이가 납니다. 이 지연은 안정적으로 계측되며 거의 무색(무분산)입니다.
• 세부의 불일치. 플럭스 비가 매끈한 모델에서 벗어나고, 안장 영상이 더 쉽게 희미해지거나 사라지며, 중심 영상이 억제됩니다. 또한 렌즈 질량이 환경에 따라 동역학 질량을 초과합니다. 이는 렌즈가 보이는 물질뿐 아니라 매질 고유의 구조에도 반응함을 시사합니다.

II. 물리적 메커니즘

1. 지형 관점: 장력 포텐셜이 방향을 잡습니다.
   우주는 팽팽히 당길 수도 느슨하게 할 수도 있는 에너지 바다(Energy Sea) 처럼 거동합니다. 전경 물질은 수면을 안쪽으로 끌어내린 분지와 사면의 “장력 포텐셜 지형”을 만듭니다. 빛은 바다 속의 지향성 파동 묶음으로서 더 ‘비용’이 작은 경로(페르마의 원리)를 따릅니다. 파면이 분지 쪽으로 틀어지고 경로가 재지향되므로 편향, 확대, 다중 경로 영상이 나타납니다. 진공이면서 기하광학 한계에서는 이 재지향이 거의 무색입니다. 주파수 의존은 주로 플라스마를 지날 때나 회절·간섭이 두드러질 때 드러납니다.
2. 매끈한 ‘추가 경사’: 통계적 장력 중력.
   가시 물질이 만드는 내부 경사 위에, 다수 불안정 입자의 미소 견인이 시·공간적으로 누적되어 매끈하고 지속적인 추가 경사를 이룹니다.
   • 렌즈를 떠받칠 강도. 내부 경사와 합쳐 초점을 더 강하게 만들고, 호를 늘이며, 고리를 더 완전하게 합니다.
   • 환경과의 공조. 잦은 병합, 활발한 제트, 강한 전단이 있는 영역일수록 추가 경사가 두터워져 렌즈 효과가 커집니다. 조용한 환경에서는 상대적으로 약합니다.
   • 시선 적분 효과. 렌즈는 시선 경로 전체의 지형을 “봅니다”. 그래서 렌즈 질량은 근방 운동으로 얻는 동역학 질량을 흔히 웃돌며, 대규모 구조가 조밀한 방향일수록 그 차가 커집니다.
3. 미세한 어두운 잔물결: 장력 배경 잡음.
   불안정 입자가 분해·소멸할 때 넓은 대역이면서 저코히어런스인 약한 파동 묶음을 주입합니다. 이들이 중첩되어 퍼진 미세 결—어두운 잔물결—을 이루고, 광로를 약하게 흔듭니다.
   • 선택적 미세 충격. 안장 영상이 가장 민감하여 더 쉽게 어두워지거나 왜곡·결손됩니다.
   • 플럭스 재배분. 플럭스 비가 대역 의존이 거의 없이 다시 써지며, 관측과 부합합니다.
   • 하위 구조의 ‘착시’. 이 결은 추가의 콤팩트 천체 떼가 아니지만, 영상면에 때로는 “과다”, 때로는 “과소” 하위 헤일로처럼 보이는 흔적을 남깁니다.
4. 시간 장부: 기하 항 + 포텐셜 항.
   다중 영상의 지연은 돌아가는 만큼의 증분(기하 항)과 경사에서의 느린 진행(포텐셜 항, 즉 광학 시간의 상승)의 합입니다. 두 항 모두 주파수와 무관하므로 지연은 거의 무색입니다. 관측 기간에 지형이 서서히 변하면(은하단 성장, 공허의 회복) 도착 시각에 약하고 무색인 드리프트가 더해집니다.
5. 하나의 공통 지도: 렌즈–회전–편광의 공독.
   렌즈는 2차원 경로 재지향을, 회전 곡선은 3차원 궤도 조임을, 편광과 가스 질감은 능선과 띠 모양 회랑을 그립니다. 경사가 깊어지고 회랑이 뚜렷한 쪽으로 여러 지표가 같은 방향을 가리켜야 합니다.

III. 검증 가능한 예측과 상호 대조(운용적)

• P1 | 무색산. 플라스마 분산을 제거한 뒤에는, 강·약 렌즈 모두에서 편향과 지연이 대역을 넘어 방향·진폭 면에서 일관돼야 합니다. 뚜렷한 색 의존이 보이면, 지형이 아니라 먼저 매질이나 파동광학 효과를 의심해야 합니다.
• P2 | 안장 영상 편향. 플럭스 비 이상은 안장 영상에 우선 나타나며, 미세 결의 강도(전파 산란, 병합 축, 충격 전면 등의 대리지표)와 양의 상관을 보입니다.
• P3 | 렌즈 질량–환경 상관. 렌즈 질량이 동역학 질량을 초과하는 정도는 시선 방향 수렴/전단(예: κ/φ, 우주 전단)이 클수록 커져야 합니다. 이는 통계적 장력 중력의 시선 적분 기여의 지문입니다.
• P4 | 다시기(다중 에포크) 미세 표류. 강한 병합·제트가 있는 계에서는 영상 위치와 지연이 연~수십 년 눈금에서 극히 작은 표류를 보일 수 있으며, 전파 산란의 느린 변화와 동상으로 움직입니다.
• P5 | 다중 지도의 정합. 같은 시야에서 호/영상, κ 등고선, 회전 곡선 잔차, 전파 산란, 편광 주축은 공위치·공방향을 보여야 합니다. 불일치가 있으면, 전경 제거와 천문 위치 정합을 먼저 점검합니다.
• P6 | 매개변수 효율적 적합. “가시 내부 경사 + 통계적 장력 중력의 추가 경사 + 장력 배경 잡음의 미세 결”이라는 3층 모델로, 소수의 공용 매개변수만으로 위치/형상/확대/지연을 공동 적합하고, 동역학·전파 산란으로 교차 검증합니다.

IV. 기존 설명과의 비교

1. 공통점. 두 입장 모두 호·고리·다중 영상·지연을 설명하며, 지배적 상황에서 거의 무색인 거동을 예측합니다.
2. 차이점(본 구도의 강점).
   • 더 적은 매개변수. 계마다 보이지 않는 덩어리 목록을 따로 둘 필요가 없습니다. 추가 경사와 미세 결은 통합된 통계 과정에서 자연스레 나옵니다.
   • 다관측 일관성. 렌즈, 회전, 편광, 속도장이 같은 장력 지도 위에서 서로를 제약합니다.
   • 세부의 자연스러운 설명. 플럭스 비 이상, 안장 영상의 취약성, 환경 의존적 렌즈–동역학 질량 격차가 경사와 결에 대한 감수성에서 곧바로 따라옵니다.
3. 포용성. 앞으로 새로운 미시 성분이 확인되면 추가 경사의 미시적 근원으로 흡수할 수 있습니다. 새 물질을 도입하지 않더라도, 통계적 장력 중력과 장력 배경 잡음만으로 주요 렌즈 현상을 일관되게 설명할 수 있습니다.

V. 비유: 수면의 계곡과 어두운 잔물결

계곡과 사면은 여행자(빛)를 더 쉬운 길로 이끄는 장력 포텐셜 지형에 해당합니다. 어두운 잔물결은 장력 배경 잡음에 해당하며, 영상에 미세한 떨림을 주고 밝기 분포를 바꿉니다. 거시적으로는 계곡이 방향을 정하고, 미시적으로는 잔물결이 세부를 다듬습니다.

VI. 결론

• 통계적 장력 중력이 만드는 매끈한 추가 경사는 집속을 강화하여 호·고리·다중 영상과 전체 확대를 설명합니다.
• 기하 항과 포텐셜 항이 함께 작용해 지연은 거의 무색이 됩니다.
• 장력 배경 잡음의 미세 결은 영상 위치와 플럭스를 미세 조정하여 플럭스 비 이상, 안장 영상의 불안정성, 하위 구조의 ‘과다·과소’라는 겉모습을 설명합니다.
• 렌즈 질량이 높게 나오는 이유는 렌즈가 시선 전체의 지형을 적분해 읽는 반면, 동역학은 근접 환경만을 읽기 때문입니다.

렌즈 효과를 경사(통계적 장력 중력)와 미세 결(장력 배경 잡음)이라는 매질 효과로 환원하면, 호·고리·지연·플럭스 패턴·환경 의존성·회전·편광의 공간적 대응이 한 장의 장력 지도 안에서 합쳐집니다. 가정을 줄이고 다중 지도 대조를 강화함으로써, 통합적이고 검증 가능한 설명을 제시할 수 있습니다.