블랙홀도 진화한다 [알송달송 과학]

독일 막스플랑크, 오메가 센타우리 성단의 블랙홀 발견
별 붕괴후 초기 블랙홀과 초대질량 블랙홀의 중간 단계
은하의 형성과 진화 과정 밝혀내는데 중요한 단서 제공

허블 우주망원경이 촬영한 오메가 센타우리 성단. 독일 막스플랑크 연구소 막시밀리안 헤버레 박사팀이 이 성단의 중심에 있는 태양 질량의 최소 8200배에 달하는 중간질량의 블랙홀을 발견했으며, 이 블랙홀 주위로 빠르게 움직이는 7개의 별을 찾아냈다. T. 뮐러 제공

[파이낸셜뉴스] 도심을 벗어나 밤하늘을 보고 있으면 수많은 별이 보이죠. 요즘 장마이기도 하고 도심에서는 별을 보기가 어렵지만, 이제 곧 여름 휴가 시즌이 돌아오니 한여름 밤 별 보는 시간을 가지면서 힐링하는 건 어떨까요.

오늘은 별이 수명을 다하고 다음 단계로 넘어가는 블랙홀에 대해 얘기하겠습니다.

11일 독일 막스플랑크 연구소에서 처음 블랙홀이 만들어진 뒤 초대질량 블랙홀로 가기 전 중간단계의 블랙홀을 찾아내 세계적인 과학기술 학술지 '네이처(Nature)'에 발표했습니다.

막시밀리안 헤버레 박사팀은 남반구 별자리인 센타우루스자리에 있는 구상성단 '오메가 센타우리' 중심에 중간질량의 블랙홀이 존재한다는 사실을 확인했습니다. 이 블랙홀은 태양 질량의 최소 8200배에 달하며, 항성 질량 블랙홀과 초대질량 블랙홀 사이의 '잃어버린 고리'를 대표합니다.

이들이 찾아낸 블랙홀은 지구에서 18000광년 떨어진 오메가 센타우리 성단에 있습니다. 지금까지 천문학자들이 발견한 블랙홀 중 가까운 편에 속하다고 합니다.

막스플랑크 연구소의 천문학자들은 이 블랙홀의 발견을 두고 '잃어버린 고리'를 찾았다고 설명했습니다. 여기서 '잃어버린 고리'는 항성 질량 블랙홀과 초대질량 블랙홀 사이의 중간질량 블랙홀을 의미합니다. 중간질량 블랙홀은 은하의 진화 과정에서 중요한 역할을 할 것으로 예측됐지만, 그동안 이러한 블랙홀을 직접 관측하기가 매우 어려웠습니다.

■천문학적 의의
오메가 센타우리에 중간질량 블랙홀이 존재한다는 발견은 천문학적 의미가 큽니다. 이는 중간질량 블랙홀의 존재를 입증하는 중요한 증거일 뿐만아니라, 은하의 형성과 진화에 대한 새로운 지식을 제공합니다. 특히 이번 발견은 작은 은하가 대형 은하와 합쳐지는 과정에서 어떻게 진화하는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다.

이번 연구는 천문학자들에게 중간질량 블랙홀을 찾는 데 중요한 지침을 제공하며, 향후 연구 방향을 제시합니다. 중간질량 블랙홀은 은하의 진화 과정에서 중요한 역할을 할 것으로 예측되지만, 그동안 직접 관측하기 어려웠기 때문에 이론적인 예측에 머물러 있었습니다. 그러나 오메가 센타우리에 중간질량 블랙홀이 존재한다는 이번 발견은 이러한 예측을 실증적으로 뒷받침하는 중요한 증거가 됩니다.

왼쪽 사진은 허블 우주망원경이 촬영한 오메가 센타우리 성단 전체 모습. 가운데 사진은 오메가 센타우리 성단을 확대한 것이며, 오른쪽 사진은 독일 막스플랑크 연구소 막시밀리안 헤버레 박사팀이 이번 연구에서 중간질량 블랙홀의 위치를 표시한 성단 중심부 지역. 막시밀리안 헤버레 박사 제공

■흥미로운 구상성단
오메가 센타우리는 남반구에서 육안으로 볼 수 있는 거대한 구상성단으로, 약 1000만개의 별을 갖고 있습니다. 이 성단은 작은 망원경으로 보면 중심부로 갈수록 별들이 매우 밀집된 구형 집합체로 보입니다. 그동안 오메가 센타우리는 천문학자들 사이에서 큰 관심을 받아왔으며, 많은 연구가 이뤄졌습니다. 그러나 최근 연구는 이 성단이 단순한 구상성단이 아니라, 사실은 한때 작은 은하의 핵이었을 가능성을 제기합니다.

■블랙홀의 존재 확인
막시밀리안 헤버레 박사팀은 오메가 센타우리의 중심에 블랙홀이 존재한다는 가설을 검증하기 위해 오랜 기간 데이터를 수집하고 분석했습니다. 특히 헤버레 박사는 허블 우주망원경으로 촬영된 500장 이상의 이미지를 분석해 성단 내 별들의 움직임을 측정했습니다. 이 데이터는 주로 허블 망원경의 기기 보정을 위해 촬영된 것으로, 과학적 연구를 위한 것이 아니었지만, 반복적인 관측 덕분에 오메가 센타우리의 중심부를 자세히 연구할 수 있는 귀중한 자료가 됐다고 합니다.

헤버레 박사는 140만개의 별의 운동을 분석했습니다. 그결과 오메가 센타우리 중심부에서 빠르게 움직이는 7개의 별을 발견했습니다. 이 빠르게 움직이는 별들은 중심에 강한 중력원이 존재한다는 강력한 증거라고 합니다. 연구진은 이 데이터를 통해 오메가 센타우리 중심부에 태양 질량의 최소 8200배에 달하는 블랙홀이 존재한다는 것을 확인한 겁니다.

연구진은 제임스 웹 우주망원경을 이용해 오메가 센타우리 중심부의 고속 별들의 운동을 더 정밀하게 측정할 것이라고 했습니다. 또 유럽 남방 천문대의 VLT 망원경과 미래에 완공될 ELT 망원경을 통해 오메가 센타우리의 중심부를 더욱 자세히 관측할 예정입니다.

이런 천문학자들의 연구는 우리가 경험하지 못하고 알지 못했던 지구와 태양의 기원과 미래를 알아낼 수 있을 것입니다. 또 우리가 속해 있는 은하의 운명, 더 나아가서 우주의 탄생까지 알아내겠죠.

[e-mail] 김만기 기자

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