이 안에 ‘블랙홀’ 있다…‘태양 8200배’ 희귀한 미들급 블랙홀 발견 [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

ω켄타우리 성단의 모습과 중간질량 블랙홀이 있을 것으로 보이는 위치. 사진=ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)

블랙홀 형성의 비밀을 풀어줄 희귀한 블랙홀이 지구에서 불과 1만 8000광년 떨어진 곳에서 발견됐다. 최근 독일 하이델베르크 막스 플랑크 천문학 연구소(MPIA) 등 공동연구팀은 우리 태양 질량의 약 8200배에 달하는 블랙홀을 발견했다는 연구결과를 국제 과학저널 네이처(Nature) 최신호에 발표했다.

약 1000만개의 별들이 모여있는 오메가(ω) 켄타우리 성단 중심부에 똬리를 틀고있는 이 블랙홀은 희귀하게도 ‘중간 질량 블랙홀’(intermediate-mass black hole)로 분류된다. 블랙홀은 태양 질량과 비교해 ‘체급’을 나누는데, 태양보다 수십 만 배 이상 큰 ‘초질량 블랙홀’(supermassive black hole)과 태양보다 5배에서 수십 배 큰 ‘항성질량 블랙홀’(stellar-mass black hole)로 구분한다.

그러나 이 둘 사이에 드물게도 ‘미들급’이 존재하는데 바로 중간질량 블랙홀이다. 전문가들은 중간질량 블랙홀을 천체 진화의 미싱링크(missing link·진화계열의 중간에 해당되는 존재)이자 초질량 블랙홀 형성의 비밀을 푸는 열쇠로 보고있다. 다만 지금까지 초질량과 항성질량 블랙홀은 종종 발견된 바 있으나 아직까지 중간질량 블랙홀은 몇몇의 후보만 나왔을 뿐이다.

허블우주망원경이 촬영한 오메가(ω) 켄타우리 성단의 모습. 사진=ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)

연구팀은 허블우주망원경이 촬영한 20년 간의 데이터를 분석해 ω켄타우리 성단 속 약 140만 개의 별의 속도를 측정했다. 그 중심에 블랙홀이 있으면 주변 별들이 다른 곳의 별들과 다른 움직임을 보이기 때문이다. 그 결과 이중 7개의 별들이 빠르게 움직이는 것이 확인됐으며, 이를 근거로 중심부 블랙홀의 크기가 태양 질량의 약 8200배에 달한다고 계산했다. 논문의 공동저자인 MPIA 막시밀리안 해베를레 연구원은 “수많은 별들 속에서 고속 별을 찾아 그 움직임을 기록하는 것은 건초더비 속의 바늘을 찾는 것과 같다”면서 “결국 건초더미 속에서 7개의 바늘을 찾았는데, 모두 켄타우리 중심부의 작은 지역에서 빠른 속도로 움직였다”고 설명했다. 연구팀은 이 블랙홀을 ‘성장을 멈춘 거인’으로 표현했는데, 이는 ω켄타우리 성단이 오래 전 우리은하에 흡수되는 과정에서 별 대부분을 잃었기 때문으로 풀이했다.

우리은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A*(A별)의 실제 촬영 이미지. 중심의 검은 부분은 블랙홀과 블랙홀을 포함하는 그림자이고, 고리의 빛나는 부분은 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이다.​

한편 SF영화의 소재로도 등장하는 블랙홀은 질량이 매우 큰 별의 진화 마지막 단계에서 만들어지며 강력한 중력으로 모든 것을 빨아들이는 시공간 영역을 말한다. 특히 블랙홀은 빛 조차도 흡수하기 때문에 직접 관측할 수 없다. 다만 전문가들은 블랙홀이 강력한 중력으로 주변에서 많은 물질을 흡수하면서 제트(jet)라는 강력한 물질의 흐름을 방출한다는 사실을 통해 그 존재를 확인한다.

박종익 기자