인류가 '본' 최초 블랙홀 M87…1년 뒤 고리 밝기 변화 포착

한국천문연구원

2017년 4월 관측한 M87 블랙홀 이미지(왼쪽), 2018년 4월 관측한 이미지(오른쪽).  블랙홀의 그림자(중심 검은 부분)와 고리 크기는 거의 일치하지만 고리에서 가장 밝은 부분의 위치가 다르다.  EHT Collaboration

국내 연구진이 참여한 사건의지평선망원경(EHT) 국제 공동연구팀이 M87 은하 중심의 초대질량 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조를 또 다시 포착해 블랙홀의 변화 과정을 확인했다. 

 

한국천문연구원(천문연)은 EHT 국제 프로젝트 공동연구팀이 2018년 관측 데이터를 분석해 M87 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀의 모습을 확인, 국제 학술지 '천체·천체물리학' 1월호에 게재했다고 18일 밝혔다.

 

앞서 2019년 EHT 연구팀은 인류 역사상 최초로 블랙홀의 모습을 포착하고 공개했다. 2017년 세계 8곳에 있는 전파망원경으로 관측한 데이터를 토대로 이미지로 만들어 내놓은 것이다. M87 블랙홀은 태양 질량의 65억 배에 이르는 거대질량 블랙홀로 지구에서 약 5500만 광년 떨어진 처녀자리 은하단 한가운데서 발견됐다.

 

이번에 공개한 이미지는 첫 관측으로부터 1년 뒤인 2018년 포착한 블랙홀의 모습이다. 2017년과 비교할 때 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기는 일치했지만 고리 구조 가장 밝은 부분의 위치에 차이가 있었다. 

 

아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 블랙홀 고리 구조의 크기는 시간이 흐름에 따라 일정하게 관측돼야한다. M87 블랙홀의 질량은 매우 천천히 증가하는 것으로 알려져 있어 인류의 역사보다 긴 시간이 지나더라도 질량에는 거의 변화가 없다. 

 

반면 고리 구조의 밝기 분포는 블랙홀 주변 플라즈마에 존재하는 난류 등으로 인해 변할 수 있다. 최근 관측 결과는 블랙홀 고리의 크기는 변하지 않고 밝기의 분포만 외부 영향을 받아 변화했음을 보여준다. 

 

연구팀은 2017년과 2018년 관측 영상을 비교·분석해 일반 상대성 이론 및 M87 블랙홀의 존재를 다시 한번 검증했다고 밝혔다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 후속 연구를 통해 고리 구조의 밝기 변화를 분석해 블랙홀 주변 물질 유입 및 방출 과정을 규명하겠다고 말했다. 

 

2018년 연구에는 기존 망원경 8대에 그린란드 망원경이 추가됐다. 올해부터는 천문연이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN)도 관측에 직접 참여한다. 연구팀은 이를 통해 블랙홀 영상의 정확도를 더 높일 수 있을 것으로 본다.

 

EHT 연구팀에서 블랙홀 영상화팀을 공동으로 이끄는 조일제 천문연 박사후연구원은 "2017년에 발표된 최초의 M87 블랙홀 이미지를 다시 한번 검증했을 뿐만 아니라 1년이라는 짧은 시간 동안 변하는 고리의 모습을 포착했다는 점에서 큰 의의가 있다"며  "지속적인 블랙홀 관측의 중요성을 보여준다"고 밝혔다.

[박건희 기자 wissen@donga.com]