M87 은하 블랙홀 '그림자·제트' 사상 첫 동시 포착

천문연 등 참여한 국제 공동연구팀 관측 "블랙홀 파악 실마리"

GMVA+ALMA로 관측한 M87 블랙홀. 사진=천문연 제공

국제 공동연구팀이 지구에서 5400만 광년 떨어진 M87 은하 중심부의 초거대 질량 블랙홀에서 물질이 빨려들며 형성된 고리 모양 '부착 원반'(accretion disc)과 강력한 분출 제트를 최초로 관측했다.

27일 한국천문연구원에 따르면 공동연구진은 국제 밀리미터 초장기선 간섭계와 칠레 아타카마 밀리미터·서브밀리미터 전파간섭계, 그린란드 망원경(GLT)을 이용해 기존 EHT(사건지평선망원경) 블랙홀 영상에서 확인할 수 없었던 물리 현상을 발견했다.

블랙홀은 강한 중력으로 주변 물질들을 흡수하는데 이 물질들은 블랙홀 중심부에 부착원반 구조를 이루고 있을 것으로 예상돼 왔다. 스스로 아무런 빛을 내지 않는 블랙홀은 근처의 기체들을 중력으로 끌어들이는 부착으로 빛을 내게 된다. 조금이라도 회전하고 있는 기체들이 부착돼 회전이 빨라지면서 '부착원반'을 형성하게 되는 것이다. 이제까지 블랙홀 부착원반 존재에 대한 간접적인 증거는 제시됐으나 이 구조를 분해해 영상화한 적은 없었다.

연구진은 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.

또 블랙홀이 강한 중력으로 주변 물질을 흡수할 뿐만 아니라 빠른 속도로 움직이는 제트를 만들어 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하들의 진화에도 영향을 줄 수 있음을 파악했다.

블랙홀의 부착원반과 제트를 나타낸 상상도. 사진=천문연 제공

박종호 한국천문연구원 선임연구원은 "수십 년간 예측만 무성했던 블랙홀 부착원반을 사상 최초로 직접 영상화해 존재를 증명했다는 점에서 블랙홀 연구에 중요한 전환점이 되는 결과"라며 "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"이라고 말했다.

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

이번 M87 관측에 참여한 망원경들의 지리적 분포도. 사진=천문연 제공