블랙홀은 빨아들이기만 하는게 아냐? 강력한 제트를 포착했다

한국연구진이 참여한 국제공동연구진 121명
세계 최초 블랙홀 부착원반·제트 동시에 발견

블랙홀의 부착원반과 제트를 나타낸 상상도. 원반 형태를 이루며 블랙홀로 빨려 들어가고 있는 물질들인 부착원반과 제트의 형태를 이루며 블랙홀로부터 분출된 제트를 확인할 수 있다. 천문연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국연구진이 참여한 세계 121명의 천문학자들이 블랙홀의 부착원반과 제트를 최초로 동시에 포착해냈다. 이는 지난 2019년에 관측한 블랙홀 영상에서는 볼 수 없었던 것을 이번에 관측하게 된 것이다.

부착원반은 블랙홀 근처의 기체들을 중력으로 끌어들이는 과정에서 빛이 나는 것이다. 또한 제트는 블랙홀과 블랙홀 주변의 강력한 자기장과 부착원반이 상호작용하면서 기체와 액체를 강력하게 내뿜는 것을 말한다.

한국천문연구원과 경북대가 참여한 국제공동연구진은 M87 은하 중심의 블랙홀 그림자와 강력한 제트를 최초로 동시에 포착해 과학저널 '네이처(Nature)'에 27일 발표했다.

박종호 천문연구원 선임연구원은 "수십 년간 예측만 무성했던 블랙홀 부착원반을 사상 최초로 직접 영상화해 존재를 증명했다는 점에서 블랙홀 연구에 중요한 전환점이 되는 결과"라고 말했다. 또 "블랙홀이 주변의 물질을 어떤 방식으로 흡수하는지 그리고 그 과정에서 어떻게 막대한 에너지를 분출시켜 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하의 진화에 영향을 미치는지에 대해 파악할 수 있는 중요한 실마리가 될 것"이라 밝혔다.

김재영 경북대 지구시스템과학부 천문대기전공 교수는 "이전의 EHT 영상이 블랙홀 자체의 실존을 증명했다면, 이번 영상은 블랙홀 바로 주변의 복잡한 천체물리학적 과정들을 선명하게 보여준다"고 설명했다.

블랙홀은 강한 중력으로 주변 물질들을 흡수하는데 이 물질들은 블랙홀 중심부에 부착원반 구조를 이루고 있을 것으로 예상해 왔다. 이제까지 블랙홀 부착원반 존재에 대한 간접적인 증거는 제시됐으나 부착원반의 구조를 분해해 영상화한 적은 없었다. 이번 관측으로 부착원반에서 나온 빛이 블랙홀 주변의 고리 구조를 만들어 내는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다. 또 M87과 같은 무거운 타원 은하의 블랙홀들이 주변의 물질들을 천천히 흡수한다는 기존의 예측도 증명했다.

연구진은 국제 밀리미터 초장기선 간섭계(GMVA)와 칠레 아타카마 밀리미터·서브밀리미터 전파간섭계(ALMA), 그린란드 망원경(GLT)을 이용해 이전까지 볼 수 없었던 물리 현상을 발견했다.

국제공동연구진은 EHT 관측에서 사용한 빛 파장대(1.3㎜)보다 긴 3.5㎜의 파장대에서 블랙홀 주변의 고리 구조를 발견했다. 관측한 고리 구조의 크기는 EHT로 관측한 고리 구조에 비해 약 50% 크게 나타났다. 1.3㎜ 파장대에서 관측한 EHT 이미지에서는 블랙홀 주변의 광자 고리만 나타났지만 더 긴 파장대에서 관측한 GMVA+ALMA 이미지에서는 광자 고리 이외에 블랙홀보다 규모가 큰 바깥쪽 부착원반의 플라즈마에서 나온 빛이 함께 포착됐기 때문이다.

또한 연구진은 최초로 M87 블랙홀의 그림자와 제트도 동시에 포착했다. 해당 결과는 블랙홀이 강한 중력으로 주변 물질을 흡수할 뿐만 아니라 빠른 속도로 움직이는 제트를 만들어 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하들의 진화에도 영향을 줄 수 있음을 시사한다.

한편, 천문연구원을 포함한 공동연구진은 한국우주전파관측망(KVN), 천문연이 운영에 참여하고 있는 하와이의 제임스 클러크 맥스웰 망원경(JCMT), GMVA, ALMA를 활용해 M87 블랙홀을 한 달간 네 차례 집중적으로 추가 관측할 예정이다. 이를 바탕으로 M87에서 관측되는 강한 제트의 형성 원인과 블랙홀 주변의 플라즈마가 시간의 흐름에 따라 어떻게 변하는지 계속 연구할 예정이다.

이번 M87 관측에 참여한 망원경들의 지리적 분포도. GMVA는 미국의 9개의 전파망원경과 유럽의 6개의 전파망원경으로 구성된 초장기선 간섭계이다. 해당 관측에는 GMVA 이외에도 칠레의 ALMA와 그린란드의 그린란드 망원경(GLT)이 참여했다. 앞으로 있을 M87 추가 관측에는 한국의 KVN 및 천문연이 운영에 기여하고 있는 하와이의 JCMT도 참여할 예정이다. 천문연구원 제공

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