[첨단과학, 다가올 50년]"지금 보는 우주는 빙산 일각, 차세대 망원경들 놀라운 성과 낼 것 "

초대질량 블랙홀 입증한 노벨물리학상 수상자 앤드리아 게즈 교수

앤드리아 게즈 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 석좌교수가 28일 최종현학술원이 주최한 컨퍼런스에서 '초대질량 블랙홀의 가능성부터 확실성까지'란 제목으로 강연하고 있다. 최종현학술원 유투브채널 캡쳐

초대질량 블랙홀은 블랙홀 중에서도 가장 큰 유형의 블랙홀이다. 물리학자와 천문학자들은 오랫동안 이 블랙홀을 발견하기 위해 노력했었지만 쉽지 않았다. 초대질량 블랙홀의 존재를 처음으로 입증한 앤드리아 게즈 미국 로스앤젤리스 캘리포니아대(UCLA) 물리학과 석좌교수는 “기술의 발전이 있었기에 이러한 발견도 가능했다”고 말했다.

게즈 교수는 28일 최종현학술원이 주최한 ‘첨단과학, 다가올 50년’ 컨퍼런스에서 ‘초대질량 블랙홀의 가능성부터 확실성까지’란 제목으로 강연했다. 게즈 교수는 우리은하의 중심부에 있는 ‘궁수자리A’라는 위치에서 태양보다 400만배 무거운 초대질량 블랙홀을 발견한 공로로 독일 천문학자 라인하르트 겐젤과 함께 2020년 노벨 물리학상을 수상했다. 그는 노벨 물리학상을 수상한 4번째 여성 과학자다.

블랙홀의 존재를 입증하는 것은 물리학계에서도 난제였다. 블랙홀은 중력이 너무 큰 나머지 무한히 작은 물체로 붕괴한다. 때문에 블랙홀의 질량을 블랙홀의 부피로 나누면 무한대가 된다. 물리학에서는 무한대라는 값이 나오면 이를 특이점이라고 하는데 이는 물리학으로 현상이나 물질을 설명하기 부족하다는 것을 의미한다. 중력질량과 관성진량이 동등하다는 앨버트 아인슈타인의 일반상대성이론은 블랙홀의 존재를 짐작할 수 있게 했지만 그 자신도 블랙홀의 존재를 믿지는 않았다.

초대질량 블랙홀의 존재를 입증하기 위해 위해 당시 게즈 교수 연구팀은 우리은하 중심 주변 별들을 가시광선으로 관찰했다. 초대질량 블랙홀이 실제 가시광선으로 관측되지는 않았지만, 중심부에 거대한 질량의 천체가 있어야만 설명이 되는 움직임이 관측됐다. 

게즈 교수는 “블랙홀의 유한한 크기는 없지만 ‘슈바르츠실트 반지름’이란 추상적인 크기는 존재한다”며 “이론적 관점에서 먼저 생각한 뒤에 관측을 통해 블랙홀의 존재를 입증했다”고 회상했다. 게즈 교수의 출발은 작은 은하였다. 이곳에선 가스 덩어리와 분출물이 엄청난 속도로 움직였다. 그는 "이를 보고 그는 블랙홀의 존재가 에너지 생산의 원임임을 추측할 수 있었다'고 말했다.

앤드리아 게즈 미국 로스앤젤리스 캘리포니아대(UCLA) 물리학과 석좌교수가 7월 28일 열린최종현 학술원 과학혁신 컨퍼런스 ‘첨단과학, 다가올 50년’에서 온라인으로 발표하고 있다. 최종현학술원 제공

30년 전 이뤄진 기술의 혁신은 게즈 교수의 연구가 완성되는데 결정적인 역할을 했다. 적외선 감지기를 통해 우주먼지에 의한 노이즈 없이 깨끗한 판독이 가능해진 것이다. 그는 대형 망원경의 등장도 발견에 크게 기여했다고 말했다. 게즈 교수는 “초대형 망원경은 아주 희미한 것들을 볼 수 있게 했으며, 고해상도로 세밀한 정보를 전달했다”며 “지구 대기의 왜곡 영향을 극복하게 해준 기술의 도움이 곧 블랙홀의 발견으로 이어질 수 있었다”고 설명했다.

초대질량 블랙홀과 관련해선 아직 과제들이 남아있다고 게즈 교수는 말했다. 이론적으로 일어나야 하는 현상과 실제 관측된 현상과는 차이가 있다는 것이다. 초대질량의 블랙홀의 강력한 힘으로 산산조각이 나야 하는 젊은 별 개체군이 블랙홀 주변에서 관찰되는 것이 대표적이다. 

게즈 교수는 "차세대 대형 망원경은 앞으로 우주의 비밀을 관측하는데 더 큰 도움이 될 것"이라고 전망했다. 특히 미국 국립과학재단이 하와이와 스페인의 카나리아제도 등에 추진하는 직경 30m 초대형 망원경 프로젝트와, 12개 글로벌 파트너 기관이 참여하는 거대마젤란망원경기구(GMTO)에 주목한다고 덧붙였다.

게즈 교수는 “지금 우리가 보는 우주는 빙산의 일각이라고 생각한다”며 “기술의 발전은 초대질량 블랙홀의 가능성을 확실성으로 바꾼 것처럼 더 많은 흥미로운 발견을 일궈낼 것으로 기대한다”고 말했다.

최종현학술원 제공

※관련영상

최종현 학술원 과학혁신 컨퍼런스 바로가기 https://youtu.be/oXp97-4aNIc)

[박정연 기자 hesse@donga.com]