주변물질 빨아들이며 만들어지는 '블랙홀 부착원반' 최초 포착

27일 네이처 게재

블랙홀의 부착원반과 제트를 나타낸 상상도. 한국천문연구원 제공

한국과 미국 등 국제 공동연구팀이 M87 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀의 부착원반 구조를 최초로 포착했다. 부착원반 구조는 블랙홀 자체로는 빛을 내지 않고 블랙홀이 근처의 기체들을 중력으로 끌어들이는 부착으로 빛을 내는 구조를 말한다. 이번 관측으로 블랙홀이 주변의 물질을 어떤 방식으로 흡수하는지 등을 이해하는 데 도움이 될 것으로 전망된다. 

한국천문연구원은 국제 공동연구팀이 국제 밀리미터 초장기선 간섭계와 칠레 아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파 간섭계 등을 활용해 M87 은하 중심의 초대질량 블랙홀을 관측한 결과를 국제학술지 네이처에 27일 발표했다고 밝혔다.

이번 연구는 기존의 블랙홀 관측자료에서 확인할 수 없었던 물리 현상들을 발견한 것이다. 블랙홀은 강한 중력으로 물질들을 흡수한다. 이 물질들은 블랙홀 중심부에 부착원반 구조를 이룰 것으로 예상해왔다. 이제까지 블랙홀 부착원반 존재에 대한 간접적인 증거는 제시됐으나 부착원반의 구조를 분해해 영상화한 적은 없었다. 

천문연은 “이번 관측으로 부착원반에서 나온 빛이 블랙홀 주변의 고리 구조를 만들어 내는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했으며, M87과 같은 무거운 타원 은하의 블랙홀들이 주변의 물질들을 천천히 흡수한다는 기존의 예측 또한 증명했다”고 밝혔다.

이번에 관측한 M87 블랙홀. 천문연 제공

연구팀은 초대질량 블랙홀의 그림자와 제트를 동시에 포착했다. 이 역시 최초다. 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. 이 밖에 3.5mm의 빛 파장대에서 블랙홀 주변의 고리 구조를 발견하는 등의 관측결과도 내놨다. 

이번 연구는 121명의 연구자들이 참여했다. 국내에서는 천문연의 박종호 선임연구원, 변도영 책임연구원, 정태현 책임연구원, 김재영 경북대 교수 등 총 네 명의 연구자가 참여했다

연구에 참여한 박 선임연구원은 “수십 년간 예측만 무성했던 블랙홀 부착원반을 사상 최초로 직접 영상화해 존재를 증명했다는 점에서 블랙홀 연구에 중요한 전환점이 되는 결과”라며 “블랙홀이 주변 물질을 흡수하는 과정에서 어떻게 막대한 에너지를 분출시켜 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하의 진화에 영향을 미치는지에 대해 파악할 수 있는 중요한 실마리가 될 것”라고 말했다.

김 교수 역시 “이전에는 블랙홀 자체의 실존을 증명했다면 이번 관측영상은 블랙홀 바로 주변의 복잡한 천체물리학적 과정들을 선명하게 보여준다”고 말했다. 
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]