[사이테크+] '사건의 지평선 망원경' 사상 최고 해상도로 M87* 블랙홀 관측

국제 연구팀 "EHT에 0.87㎜ 파장 첫 적용…블랙홀 관측 사상 최고 해상도"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 전 세계 전파망원경들을 연결한 지구 크기 가상 망원경인 '사건의 지평선 망원경'(EHT)이 0.87㎜ 파장, 345㎓ 주파수로 M87 은하의 중앙 블랙홀(M87*)을 사상 최고 해상도로 관측하는 데 성공했다.

연구팀은 0.87㎜ 파장(345㎓)을 초장기선 전파간섭계(VLBI)에 처음으로 성공적으로 적용했다며 앞으로 블랙홀 이미지 해상도를 50% 이상 높여 초대질량 블랙홀의 경계 바로 바깥 영역까지 선명하게 포착할 수 있다고 말했다.

사상 최고 해상도로 관측한 M87 은하 블랙홀 사건의 지평선 망원경(EHT)이 86㎓(빨간색)와 230㎓(녹색), 345㎓(파란색) 파장으로 관측한 M87 은하 중심부 블랙홀(M87*) 모습과 이를 하나로 합성한 시뮬레이션한 사진. 345㎓ 파장 관측에 성공하면서 이미지가 선명해지면서 이전에는 구별하기 어려웠던 구조, 크기, 모양이 뚜렷하게 드러났다. [EHT, D. Pesce, A. Chael 제공. 재판매 및 DB 금지]

사건의 지평선 망원경 협력단(EHT Collaboration)은 28일 국제학술지 천문학 저널(The Astronomical Journal)에서 2019년 M87* 블랙홀과 2022년 궁수자리 A 블랙홀(Sgr A*)의 이미지를 포착한 EHT의 관측 전파를 345㎓로 확장, 역대 최고 해상도로 M87* 블랙홀을 관측하는 데 성공했다고 밝혔다.

연구 공동 책임자인 미국 제트추진연구소(JPL) 알렉산더 레이먼드 박사는 "기존 M87* 블랙홀과 Sgr A* 블랙홀 관측은 1.3㎜ 파장(230㎓)을 이용한 것으로 블랙홀 중력에 의해 빛이 휘어져 생긴 밝은 고리가 흐릿하게 보인다"며 "0.87㎜(345㎓) 파장에서는 이미지가 더 선명하고 세밀해져 이전엔 확인이 불가능했던 새로운 특성도 발견할 수 있을 것"이라고 말했다.

230㎓ 주파수(왼쪽)와 345㎓로 관측한 M87 블랙홀 전 세계 대형 전파망원경들을 연결해 지구 크기 망원경을 구성한 '사건의 지평선 망원경'(EHT)이 0.87㎜ 파장에 해당하는 345㎓의 주파수로 M87 은하 중앙 블랙홀(M87*)을 사상 최고 해상도로 관측하는 데 성공했다. [EHT, D. Pesce, A. Chael 제공. 재판매 및 DB 금지]

EHT는 칠레 아타카마 사막의 대형 전파망원경 '아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체'(ALMA), 스페인의 IRAM 30미터 망원경, 프랑스 북부 확장 밀리미터 어레이(NOEMA), 그린란드 망원경 등 전 세계 전파망원경 15~20개를 연결해 만든 지구 크기의 거대한 가상 망원경이다.

관측 이미지의 해상도를 높이려면 더 큰 망원경을 사용하거나 간섭계 역할을 하는 관측소 간 거리를 더 멀리 떨어뜨려야 한다. 하지만 EHT는 관측소 간 거리가 이미 최대치이기 때문에 연구팀은 해상도를 더 높이기 위해 더 짧은 파장으로 빛을 관측하는 방법을 모색해 왔다.

그러나 0.87㎜ 파장은 1.3㎜ 파장보다 대기 중의 수증기에 의해 훨씬 많이 흡수되기 때문에 전파망원경이 블랙홀이 방출하는 짧은 파장의 전파를 수신하기 어렵다는 문제점이 있다.

세계 전파망원경 연결한 사건의 지평선 망원경(EHT) EHT는 칠레 아타카마 사막의 대형 전파망원경 '아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체'(ALMA), 스페인 IRAM 30ｍ 망원경, 프랑스 북부 확장 밀리미터 어레이(NOEMA), 그린란드 망원경 등 전파망원경 15~20개를 연결해 만든 지구 크기의 가상 망원경이다. 사진은 이번 연구에 사용된 6개의 망원경.[CfA/SAO, Mel Weiss 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 이 연구에서 ETH 망원경 중 ALMA와 아타카마 패스파인더 장치(APEX), 스페인 IRAM 30ｍ 망원경 등 6개를 활용, 0.87㎜ 파장의 전파를 이용해 M87* 블랙홀을 해상도 19 마이크로아크초(microarcsecond)로 관측하는 데 성공했다.

연구팀은 그러나 이 연구는 EHT 일부만 활용한 예비 실험으로 0.87㎜ 파장 관측에는 성공했지만, 데이터가 부족해 아직 이미지를 얻지는 못했다며 전체 EHT를 활용하면 해상도를 지구에서 달 표면의 병뚜껑도 볼 수 있는 수준인 13 마이크로아크초까지 높일 수 있을 것이라고 설명했다.

연구 공동 책임자인 하버드·스미스소니언 천체물리학 센터(CfA) 셰퍼드 도엘만 박사는 "다양한 파장으로 블랙홀 주변 가스를 관측하면 블랙홀이 어떻게 물질을 끌어당기고 축적하는지, 어떻게 강력한 제트를 발사하는지에 대한 수수께끼도 풀 수 있을 것"이라고 말했다.

◆ 출처 : The Astronomical Journal, A.W. Raymond, S. Doeleman, et al., 'First Very Long Baseline Interferometry Detections at 870㎛', https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad5bdb

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