인류 최초 관측 블랙홀 'M87' 제트 자기장 강도 알아냈다

한국천문연구원

2019년 인류 최초로 관측한 M87 블랙홀. EHT 제공

국내 연구팀이 참여한 국제 공동 연구팀이 M87 블랙홀 제트의 자기장 강도를 추정하는 데 성공했다.

한국천문연구원(천문연)은 천문연이 참여한 국제 공동 연구팀이 M87 블랙홀로부터 멀리 떨어진 제트의 자기장 정도를 최초로 추정해 학술지 '천문학 및 천체물리학'에 5월 24일 게재했다고 30일 밝혔다.

M87은 지난 2019년 사건지평선망원경(EHT)으로 인류 사상 최초로 관측한 블랙홀이다. 천문학계는 블랙홀로부터 방출되는 제트(JET)의 형성에 자기장이 큰 영향을 미칠 것이라 추측했다. 제트는 블랙홀이 주변의 강력한 자기장, 부착원반과 상호 작용하며 방출될 것으로 추측되는 기체·액체의 빠른 흐름을 말한다. 

지금까지 제트의 자기장 강도는 제트의 밀도가 높은 블랙홀 근처에서만 제한적으로 추정 가능했다. 연구팀은 이번 연구를 위해 한일공동 우주전파관측망(KaVA)을 활용했다. KaVa는 한국 천문연의 한국우주전파관측망(KVN)과 일본국립천문대 일본우주전파관측망(VERA Array)이 공동으로 운영하는 전파망원경 7개로 구성된 우주전파관측망이다. 

연구팀은 제트가 방출되는 과정에서 제트 내의 플라즈마가 냉각되는 '싱크로트론 복사냉각 현상'을 분석해 자기장 강도를 추정했다. 복사냉각은 자기장 강도의 제곱에 반비례한다. 서로 다른 주파수대(22GHz, 43GHz)에서 관측한 복사냉각 분포를 분석하면 자기장의 강도를 추정할 수 있다. 

그 결과 블랙홀로부터 약 2~10광년 떨어진 거리에서의 제트 자기장 강도가 0.3~1가우스(Gauss)인 것으로 추정했다. 약 0.2~0.65가우스인 지구 자기장과 비교해보면, 자기장이 블랙홀 중심부에서부터 약 10광년 거리까지 방출되는 동안에도 외부 요인에 의해 크게 소실되지 않았음을 의미한다. 

연구에 참여한 노현욱 박사후연구원은 "향후 제트 자기장의 전반적인 분포를 파악하고 기존 제트 이론 연구와 비교해 제트 형성 기작을 검증해나갈 것"이라고 밝혔다.

[박건희 기자 wissen@donga.com]