[파이낸셜뉴스] 블랙홀의 제트가 10광년까지 멀리 분출되고 있음에도 빛과 비슷한 속도로 뻗어나가면서 그 강도가 우주속 물질의 영향을 거의 받지 않는 것으로 밝혀졌다. 한국천문연구원은 한일 공동 연구진이 세계 최초로 블랙홀에서 엄청난 양의 액체·기체가 분출되는 제트의 자기장 강도를 추정해 내는데 성공했다고 30일 밝혔다. 블랙홀에서 약 10광년 떨어진 거리에 있는 제트의 자기장 강도가 지구 자기장보다 최대 5배 컸다. 즉 먼 거리까지 플라즈마가 분출됐음에도 자기장의 강도가 크게 약해지지 않은 것이다. 천문연구원 노현욱 박사는 "제트가 블랙홀에서 분출되면서 팽창하는 정도에 비례해 자기장의 강도가 줄었다"며 "우주 속 여러 물질과 부딪히지만 그 영향은 거의 없다는 것을 유추할 수 있다"고 말했다. 제트는 블랙홀에서 액체·기체가 플라즈마 상태로 빛의 속도만큼 빠르고 강력하게 분출되는 것을 말한다. 이제까지 제트의 자기장 강도는 제트의 밀도가 높은 블랙홀 근처에서만 제한적으로 추정이 가능했지만, 연구진은 이보다 100배 먼 거리의 자기장을 관측해냈다. 한국과 일본에 있는 우주전파망원경 7개를 활용했다. 이 전파망원경 네트워크를 연결하면 전파망원경 직경이 2000㎞와 같은 높은 감도와 자세한 공간 해상도를 얻을 수 있다. 이 전파망원경으로 지구에서 5300만 광년 떨어진 M87 블랙홀의 제트와 그 자기장 강도를 관측했다. 연구진은 이번 관측에서 제트가 방출되는 과정에서 플라즈마가 냉각되는 '싱크로트론 복사냉각 현상'을 분석해 자기장 강도를 추정해냈다. 연구진에 따르면, 복사냉각은 자기장 강도의 제곱에 반비례한다. 이를 통해 서로 다른 주파수대 22㎓, 43㎓에서 관측한 복사냉각 분포를 분석하면 자기장 강도를 추정할 수 있다. 그 결과, 블랙홀로부터 약 2~10광년 떨어진 제트의 자기장 강도가 0.3~1가우스로 추정됐다. 지구의 자기장은 약 0.2~0.65 가우스다. 연구진은 "이는 M87 제트의 자기장이 블랙홀 중심부에서부터 약 10광년의 거리까지 방출되는 동안 다른 외부 요인으로 인해 크게 소실되지 않았음을 의미한다"고 설명했다. 천문연구원 손봉원 박사는 "여러 주파수 VLBI 관측의 비교 분석은 제트의 물리적 특성을 이해하는 데 중요한 연구 기법"이라며 "블랙홀 연구는 여러 주파수대 동시 관측이 가능한 한국우주전파관측망(KVN)의 장점을 살릴 수 있는 분야라 앞으로도 지속적인 공동 연구와 성과를 예상한다"고 말했다. 노현욱 박사는 "이를 통해 제트 자기장의 전반적인 분포를 파악하고 기존 제트 이론 연구와 비교해 제트 형성 원리를 검증해 나갈 것"이라고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 세계 천문학자들이 거대한 블랙홀 주변에 강력한 자기장이 존재한다는 것을 밝혀냈다. 이 엄청난 자기장은 블랙홀 주위의 물질들이 빨려들어갈때 나선형으로 돌면서 들어가게 하기도 하고 5000광년이 넘는 거리까지 물질을 분출하게 하기도 한다. 2019년 최초로 블랙홀의 실제 모습을 공개한 이벤트 호라이즌 망원경(EHT) 공동연구진은 24일 블랙홀 편광 사진을 공개했다. 이 편광은 처녀자리 은하단 중 5500만 광년 떨어진 'M87' 은하의 블랙홀 주위에서 발견됐다. NASA의 앤드루 샤엘 연구원은 이날 "이번에 관측된 블랙홀 편광은 블랙홀 제트가 최소 5000광년까지 어떻게 분출할 수 있는지를 설명하는 중요한 열쇠"라고 말했다. 편광 관측은 물질이 블랙홀 안으로 빨려들어가는 유입량을 확인할 수 있는 한 방법이다. 연구진은 이번 편광 관측으로 M87 블랙홀의 가장자리 빛이 강하게 자기화 돼 있음을 알 수 있다고 설명했다. 분석 결과, 연구진은 블랙홀 주변에 예상보다 훨씬 강한 자기장이 존재한다는 것을 알아냈다. 또한 자기장 구조를 통해 블랙홀 바로 바깥에서 물질의 유입과 방출이 일어나는 영역을 최초로 확인할 수 있었다. EHT 이론연구그룹 연구책임자인 미국 콜로라도 볼더 대학교 제이슨 덱스터 교수는 "이번 관측은 블랙홀의 가장자리에 있는 자기장이 뜨거운 가스를 밀어내고 중력이 끌어당기지 않도록 도와줄 만큼 충분히 강하다는 것을 보여준다"고 말했다. 즉 M87 블랙홀 주변의 뜨거운 가스 일부는 강력한 자기장으로 블랙홀의 강한 중력을 이기면서 밖으로 밀려 제트 형태로 멀리 날아가고, 나머지는 자기장에 끌려 사건의 지평선으로 나선운동하며 빨려 들어간다. 덱스터 교수는 또 "이 영상을 통해 M87 블랙홀 주변부의 강력한 자기장이 어떻게 초거대질량 블랙홀과 제트가 만들어지는지에 대한 새로운 가설을 제시할 수 있다"고 말했다. EHT 연구진은 한국을 비롯한 전 세계 65개 기관 300명 이상의 연구자들로 구성돼 있다. 연구진은 M87 은하의 중심부를 관찰하기 위해 전세계 8 개의 망원경을 연결해 가상의 지구 크기만한 망원경인 EHT를 만들었다. EHT로 얻은 해상도는 달 표면의 신용카드 길이를 측정할 수 있을 정도다. 연구진은 M87 중심부의 블랙홀 이미지를 최초로 공개 후 지속적으로 관측하고 분석한 결과, 블랙홀 주변의 빛이 상당 부분이 편광돼 있다는 것을 발견했다. 블랙홀은 주변에서 물질을 끌어들이는 한편 엄청난 에너지를 방출한다. 블랙홀로 유입된 물질의 일부는 방출되고 일부는 블랙홀 안으로 빨려들어간다고 알려져 있다. 블랙홀 중력에 포획되기 직전에 빠져 나가는 물질은 에너지를 양쪽 방향으로 강력하게 뿜어내는 제트의 형태로 우주로 멀리 날아간다. 이번 관측 전까지 천문학자들은 블랙홀 제트가 일어나는 과정을 이해하기 위해 여러 가설모델에 의존해 왔다. 그럼에도 불구하고 여전히 블랙홀 제트가 태양계만한 중앙영역에서 은하보다 크게 뿜어져 나오는 원인을 알지 못했다. 연구진은 이번 블랙홀 편광 영상을 이용해 처음으로 물질들이 안으로 빨려들어가고 뿜어져 나오는 현상이 일어나는 블랙홀 근처의 외부 영역을 조사했다. EHT 한국 연구팀을 이끌고 있는 천문연연구원 손봉원 박사는 "우리는 EHT 연구의 일환으로 천문연구원이 보유하고 있는 한국우주전파관측망(KVN)을 활용해 M87 블랙홀 주변의 강착원반과 제트 등의 추가 관측을 수행하고 있다"고 말했다. 한국 연구팀은 천문연구원이 일부 지분을 갖고 있는 미국 하와이 소재 제임스클라크맥스웰 망원경(JCMT)과 칠레의 아타카마 대형 밀리미터·서브밀리미터 간섭계(ALMA)로 M87 블랙홀 편광 관측 영상을 만드는 데 기여했다. 이번 연구 결과는 '천체물리학 저널 회보' 24일자에 두 편의 논문으로 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

블랙홀 제트현상 모식도. 블랙홀은 주변의 동반성(노란색 별)의 물질을 끌어당기고 이중 일부는 주변에 원반을 현성하는데 이 물질이 어느 한계에 도달하면 수직 방향의 제트 분출이 일어난다. 국내 연구진이 블랙홀 제트 현상의 발생 시점을 세계 최초로 관측하는데 성공했다. 한국천문연구원은 김정숙·김순욱 연구팀이 블랙홀 이중성인 '백조자리 X-3'을 관측해 블랙홀 제트에 관한 이론을 증명하는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 블랙홀의 존재는 블랙홀 자체의 관측을 통해서가 아닌 블랙홀로 물질이 빨려 들어 갈 때 주변에서 발생하는 전파 및 X-선, 감마선 등의 관측을 통해 알 수 있다. 블랙홀은 서로 마주보며 돌고 있는 동반성에서 물질을 끌어당기는데 이 때 모든 물질이 블랙홀로 흡수되지는 않고 대부분은 블랙홀 주변을 회전하며 원반을 만들게 된다. 이 원반에 축적된 물질이 일정한 밀도와 온도에 이르게 되면 블랙홀의 자기장 방향에 따라 원반의 수직으로 물질을 간헐적으로 분출하게 된다. 이 현상을 블랙홀의 제트라고 하는데 이 때 블랙홀 주변의 밝기가 보통 때 보다 수백에서 수천만 배 정도로 급격히 밝아졌다가 다시 어두워진다. 블랙홀 제트의 분출은 변화 순간이 몇 시간 또는 며칠 동안으로 짧기 때문에 그 동안 학계에서는 이 제트 현상이 언제 발생하는지 추측은 했으나 관측하지 못했다. 천문연의 김정숙·김순욱 연구팀은 블랙홀 제트의 분출 시점을 이론적으로 예측한 뒤 한국천문연구원의 KVN(Korea VLBI Network) 우주전파관측망과 일본국립천문대의 VERA(VLBI Exploration of Radio Astrometry) 우주전파관측망 통해 관측한 X-선의 에너지 변화를 분석해 1~2년의 분출 주기 중에서 3시간에 불과한 백조자리 X-3의 제트 분출이 시작되는 순간을 관측하는 데 성공했다. 김정숙 박사는 "블랙홀에서 이번에 관측한 것과 같은 제트분출이 일어나는 것은 보통 1~2년 사이에 며칠 정도여서 지난 4년 간 수차례 실패했었지만 포기하지 않고 계속 시도해 마침내 관측에 성공하고 논문이 나오게 돼 매우 기쁘다" 고 말했다. 김순욱 박사는 "현재 상대론적인 제트 발생 과정에는 여전히 설명되지 않은 수많은 의문들이 남아있어서 차례차례 그 수수께끼들을 풀어갈 예정"이라고 포부를 밝혔다. jhpark@fnnews.com 박지현 기자

[파이낸셜뉴스] 해외 천문학자들이 지난 2022년 10월 역사상 가장 밝은 감마선 폭발을 관측했습니다. 이는 지금까지 별이 붕괴하면서 내뿜는 빛 중 가장 밝았다고 합니다. 이 감마선 폭발이 거대한 별의 붕괴, 즉 초신성에 따른 것임을 확인했습니다. 그런데 연구진은 이 발견으로 하나의 미스터리가 해결됐지만 이와 동시에 또다른 미스터리를 가져왔다고 하네요. 과연 이 미스터리가 무엇일까요. 12일(한국시간) 국제학술지 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 발표된 논문에 따르면, 2022년 10월 9일에 관찰된 가장 밝은 감마선 폭발(GRB)인 'GRB 221009A'가 블랙홀에서 내뿜는 제트에 의한 것일 수 있다는 겁니다. 그럼 이들이 관측하고 연구한 내용을 살펴볼까요. 역사상 가장 큰 별의 폭발? 미국 일리노이주 노스웨스턴대학교 천체물리학자와 국제 연구진은 2022년 10월 'GRB 221009A'의 감마선을 관측했습니다. 이때 NASA의 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 이 감마선 폭발이 거대한 별의 붕괴, 즉 초신성에 따른 것임을 알게 된 거죠. 당시 감마선 빛이 지구를 덮쳤을때 너무나 밝아서 세계 감마선 탐지기 대부분이 반응했다고 합니다. 이 강력한 폭발은 지구로부터 약 24억 광년 떨어진 궁수자리 방향에서 발생했으며, 지속 시간은 수백 초 동안 계속됐습니다. 노스웨스턴대학 물리학부 천문학과 웬파이 펑 교수는 "우리가 지금까지 목격한 감마선 폭발 중 10배 이상 밝았다"고 말했습니다. 또한 노스웨스턴대학의 피터 블랜차드 박사후연구원은 "감마선을 탐지하는 인공위성이 기록한 중 가장 높은 에너지의 빛 입자를 만들어냈다"며 "이는 지구가 1만년에 한번 볼 수 있는 사건"이라고 설명했습니다. 블랜차드 박사후연구원은 "거대한 별이 폭발하면서 역사상 가장 밝은 감마선이 발생했다는 사실을 확인했을때 우주에서 가장 무거운 원소가 어떻게 형성되는지에 대한 가설을 테스트할 기회를 얻었지만 여기에서 무거운 원소의 흔적을 보지 못했다"고 말했습니다. 엄청난 에너지가 넘치는 감마선 폭발에서 무거운 원소를 생성하지 않았다는 거죠. 천문학자들은 연구진은 이 사건 자체를 관찰하기보다는 이후의 단계를 알고 싶어 했습니다. 그래서 감마선 폭발을 처음 감지한 지 약 6개월 후 JWST를 사용해 그 여파를 조사했습니다. 블랜차드 박사후연구원은 "감마선 폭발이 너무 밝아서 폭발 후 상당기간 초신성의 특징을 모호하게 만들었다"고 설명했습니다. 즉, 감마선 폭발의 잔광은 마치 나를 향해 돌진하는 자동차의 헤드라이트처럼 자동차 자체를 볼 수 없게 했다고 묘사했습니다. 때문에 연구진은 초신성을 보기 위해 감마선 빛이 감소할때까지 기다려야 했다고 합니다. 다시보니 평범한 초신성 이후 연구진은 JWST의 근적외선 분광기를 이용해 적외선 파장에서 빛을 관찰했습니다. 하지만 예상과 달리 엄청나게 밝은 감마선 폭발에서 나올 것으로 생각했던 것과 달랐다고 합니다. 이때 일반적인 초신성에서 발견되는 칼슘과 산소 같은 원소를 보았습니다. 그러니까 6개월 전에 관측했던 감마선보다 더 밝지 않았던 겁니다. 즉 일반적인 초신성처럼 보인거죠. 그렇다면 2022년에 발견했던 초신성은 왜 그렇게 밝았을까요. 이를 밝혀내기 위해 연구진은 초신성의 빛과 그 이전의 밝은 잔광의 빛을 분리하기 위해 JWST 데이터를 칠레에 있는 세계 최대 전파간섭계 망원경 'ALMA'의 관측 결과와 결합했습니다. 유타대학교 물리학 및 천문학 탄모이 라스카르 조교수는 "폭발이 발견된지 몇 달이 지난 뒤에도 잔광은 JWST 스펙트럼에서 많은 빛을 제공할 만큼 충분히 밝았다"고 말했습니다. 그러면서 "두 망원경의 데이터를 결합하면 JWST 관측 당시 잔광이 얼마나 밝았는지 정확하게 측정하고 초신성 스펙트럼을 신중하게 추출할 수 있었다"고 설명했습니다. 천체물리학자들은 하나의 별에서 어떻게 정상적인 초신성과 기록적인 감마선 폭발이 함께 생성됐는지 아직 밝혀내지 못했습니다. 하지만 라스카르 조교수는 "이것이 상대론적 제트의 모양이나 구조와 관련이 있을 수 있다"고 했습니다. 블랙홀은 중력이 매우 강해 빛까지 빨아들이지만 중심부에서 양쪽 방향으로 강력한 가스를 발사하는 제트도 있습니다. 그 속도가 빛의 속도와 맞먹는다고 하네요. 빠르게 회전할 때 거대한 별은 블랙홀로 붕괴돼 빛의 속도에 가까운 속도로 발사되는 제트를 뿜어냅니다. 이 제트가 좁으면 더 집중되고 더 밝은 광선을 만들어내죠. 라스카르 조교수는 이것은 좁은 기둥에 손전등의 광선을 집중시키는 것과 같다고 비유했습니다. 이는 지금까지 감마선 폭발에서 볼 수 있었던 가장 좁은 제트중 하나였으며, 잔광이 왜 그렇게 밝게 나타나는지를 설명해준다고 말했습니다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국천문연구원을 포함한 세계 45개 기관 79명의 국제 공동 연구진은 블랙홀이 팽이처럼 흔들리면서 회전하고 있다는 것을 최초로 밝혀냈다. 국제 연구진은 23년간 우주를 관측해 블랙홀 제트의 세차운동이 11년 주기로 일어난다는 사실을 과학 저널 '네이처(Nature)'에 28일(한국시간) 발표했다. 연구진은 지구에서 5300만 광년 떨어진 M87 블랙홀을 2000~2022년 각국의 여러 전파망원경을 이용해 관측했다. 관측 결과, M87 블랙홀의 제트는 11년 주기로 회전하고 있다. 즉 블랙홀의 회전축이 원을 그리면서 움직이는 현상, 세차운동을 발견한 것이다. 연구진은 "세차운동이 있다는 것은 블랙홀이 실제로 회전하고 있다는 분명한 증거"라고 밝혔다. 많은 양의 물질들이 블랙홀에 회전하면서 끌려 들어갈때 만들어지는 부착원반(강착원반)의 축과 블랙홀의 축이 서로 어긋나 있었다. 이 때문에 위아래로 엄청난 양의 액체·기체·플라스마가 분출되는 제트의 움직임이 세차운동으로 연결된 것이다. 한국천문연구원 손봉원 박사는 "회전하는 블랙홀 고유의 중력 효과인 틀 끌림 현상(Frame dragging)를 독자적으로 입증한 이번 연구는 한국과 동아시아 연구진과 연구시설의 능력을 입증한 쾌거"라고 말했다. 이번 블랙홀 세차운동 발견은 한국·일본·중국의 동아시아 우주전파관측망 (EAVN)과 이탈리아, 러시아까지 포함해 총 17개의 전파망원경을 활용했다. 이 전파망원경 네트워크를 연결하면 직경이 1만㎞에 육박하는 전파망원경과 같아 높은 감도와 자세한 공간 해상도를 얻을 수 있다. 여기에는 천문연구원의 한국우주전파관측망(KVN)에 속한 21m 전파망원경 3기가 포함돼 있다. 특히 총 79명의 연구자들 중 23명의 한국 연구자가 참여해 관측 제안 및 스케줄, 관측 결과의 영상처리 및 분석과 같은 연구의 전반적인 과정에 기여했다. 천문연구원 노현욱 박사후연구원은 "우리가 주도적으로 운영하는 전파관측망과 상관처리센터에 힘입어 천체에 대해 오랜시간 지속적으로 관측할 수 있었다"면서 "이것이 우리 연구의 가장 큰 장점으로 앞으로 EAVN 주도로 계속될 M87 모니터링에서 기존에 발견하지 못했던 블랙홀의 새로운 현상들을 발견할 것"이라고 설명했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국천문연구원을 포함한 세계 45개 기관 79명의 국제 공동 연구진은 블랙홀이 팽이처럼 흔들리면서 회전하고 있다는 것을 최초로 밝혀냈다. 국제 연구진은 23년간 우주를 관측해 블랙홀 제트의 세차운동이 11년 주기로 일어난다는 사실을 과학 저널 '네이처(Nature)'에 28일(한국시간) 발표했다. 연구진은 지구에서 5300만 광년 떨어진 M87 블랙홀을 2000~2022년 각국의 여러 전파망원경을 이용해 관측했다. 관측 결과, M87 블랙홀의 제트는 11년 주기로 회전하고 있다. 즉 블랙홀의 회전축이 원을 그리면서 움직이는 현상, 세차운동을 발견한 것이다. 연구진은 "세차운동이 있다는 것은 블랙홀이 실제로 회전하고 있다는 분명한 증거"라고 밝혔다. 많은 양의 물질들이 블랙홀에 회전하면서 끌려 들어갈때 만들어지는 부착원반(강착원반)의 축과 블랙홀의 축이 서로 어긋나 있었다. 이 때문에 위아래로 엄청난 양의 액체·기체·플라스마가 분출되는 제트의 움직임이 세차운동으로 연결된 것이다. 한국천문연구원 손봉원 박사는 "회전하는 블랙홀 고유의 중력 효과인 틀 끌림 현상(Frame dragging)를 독자적으로 입증한 이번 연구는 한국과 동아시아 연구진과 연구시설의 능력을 입증한 쾌거"라고 말했다. 이번 블랙홀 세차운동 발견은 한국·일본·중국의 동아시아 우주전파관측망 (EAVN)과 이탈리아, 러시아까지 포함해 총 17개의 전파망원경을 활용했다. 이 전파망원경 네트워크를 연결하면 직경이 1만㎞에 육박하는 전파망원경과 같아 높은 감도와 자세한 공간 해상도를 얻을 수 있다. 여기에는 천문연구원의 한국우주전파관측망(KVN)에 속한 21m 전파망원경 3기가 포함돼 있다. 특히 총 79명의 연구자들 중 23명의 한국 연구자가 참여해 관측 제안 및 스케줄, 관측 결과의 영상처리 및 분석과 같은 연구의 전반적인 과정에 기여했다.  천문연구원 노현욱 박사후연구원은 "우리가 주도적으로 운영하는 전파관측망과 상관처리센터에 힘입어 천체에 대해 오랜시간 지속적으로 관측할 수 있었다"면서 "이것이 우리 연구의 가장 큰 장점으로 앞으로 EAVN 주도로 계속될 M87 모니터링에서 기존에 발견하지 못했던 블랙홀의 새로운 현상들을 발견할 것"이라고 설명했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국연구진이 참여한 국제공동연구팀이 블랙홀 중력에 의해 주변 기체들이 빨려 들어갈 때 만들어지는 '회오리 모양'의 부착원반을 처음으로 포착했다. 그동안 이론으로만 예측해 오던 블랙홀 주변 부착원반 구조를 직접 포착해 과학적 사실로 입증한 것이다. 이는 지난 2019년에 관측한 블랙홀 영상에서는 볼 수 없었던 것을 이번에 관측한 것이다. 또 블랙홀에서 품어져 나오는 기체와 액체인 제트도 확인했다. ■블랙홀 물질 흡수방식 실마리 제공 한국천문연구원과 경북대가 참여한 국제공동연구팀은 27일 'M87' 은하 중심의 블랙홀 그림자와 강력한 제트를 최초로 동시에 포착해 과학저널 '네이처(Nature)'에 발표했다. 박종호 천문연구원 선임연구원은 "수십년간 예측만 무성했던 블랙홀 부착원반을 사상 최초로 직접 영상화해 존재를 증명했다는 점에서 블랙홀 연구에 중요한 전환점이 되는 결과"라고 말했다. 또 "블랙홀이 주변의 물질을 어떤 방식으로 흡수하는지, 그 과정에서 어떻게 막대한 에너지를 분출시켜 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하의 진화에 영향을 미치는지에 대해 파악할 수 있는 중요한 실마리가 될 것"이라 밝혔다. 블랙홀은 강한 중력으로 주변 물질들을 흡수하는데 이 물질들은 블랙홀 중심부에 부착원반 구조를 이루고 있을 것으로 예상해 왔다. 이제까지 블랙홀 부착원반 존재에 대한 간접적인 증거는 제시됐으나 부착원반의 구조를 분해해 영상화한 적은 없었다. 이번 관측으로 부착원반에서 나온 빛이 블랙홀 주변의 고리 구조를 만들어 내는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다. 또 M87과 같은 무거운 타원 은하의 블랙홀들이 주변의 물질들을 천천히 흡수한다는 기존의 예측도 증명했다. ■블랙홀 그림자와 제트도 함께 포착 국제공동연구진은 EHT 관측에서 사용한 빛 파장대(1.3㎜)보다 긴 3.5㎜의 파장대에서 블랙홀 주변의 고리 구조를 발견했다. 관측한 고리 구조의 크기는 EHT로 관측한 고리 구조에 비해 약 50% 크게 나타났다. 1.3㎜ 파장대에서 관측한 EHT 이미지에서는 블랙홀 주변의 광자 고리만 나타났지만 더 긴 파장대에서 관측한 GMVA+ALMA 이미지에서는 광자 고리 이외에 블랙홀보다 규모가 큰 바깥쪽 부착원반의 플라즈마에서 나온 빛이 함께 포착됐기 때문이다. 또 연구진은 최초로 M87 블랙홀의 그림자와 제트도 동시에 포착했다. 해당 결과는 블랙홀이 강한 중력으로 주변 물질을 흡수할 뿐만 아니라 빠른 속도로 움직이는 제트를 만들어 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하들의 진화에도 영향을 줄 수 있음을 시사한다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국연구진이 참여한 국제공동연구팀이 블랙홀 중력에 의해 주변 기체들이 빨려 들어갈 때 만들어지는 '회오리 모양'의 부착원반을 처음으로 포착했다. 그동안 이론으로만 예측해 오던 블랙홀 주변 부착원반 구조를 직접 포착해 과학적 사실로 입증한 것이다. 이는 지난 2019년에 관측한 블랙홀 영상에서는 볼 수 없었던 것을 이번에 관측한 것이다. 또 블랙홀에서 품어져 나오는 기체와 액체인 제트도 확인했다. ■블랙홀 물질 흡수방식 실마리 제공 한국천문연구원과 경북대가 참여한 국제공동연구팀은 27일 'M87' 은하 중심의 블랙홀 그림자와 강력한 제트를 최초로 동시에 포착해 과학저널 '네이처(Nature)'에 발표했다. 박종호 천문연구원 선임연구원은 "수십년간 예측만 무성했던 블랙홀 부착원반을 사상 최초로 직접 영상화해 존재를 증명했다는 점에서 블랙홀 연구에 중요한 전환점이 되는 결과"라고 말했다. 또 "블랙홀이 주변의 물질을 어떤 방식으로 흡수하는지, 그 과정에서 어떻게 막대한 에너지를 분출시켜 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하의 진화에 영향을 미치는지에 대해 파악할 수 있는 중요한 실마리가 될 것"이라 밝혔다. 블랙홀은 강한 중력으로 주변 물질들을 흡수하는데 이 물질들은 블랙홀 중심부에 부착원반 구조를 이루고 있을 것으로 예상해 왔다. 이제까지 블랙홀 부착원반 존재에 대한 간접적인 증거는 제시됐으나 부착원반의 구조를 분해해 영상화한 적은 없었다. 이번 관측으로 부착원반에서 나온 빛이 블랙홀 주변의 고리 구조를 만들어 내는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다. 또 M87과 같은 무거운 타원 은하의 블랙홀들이 주변의 물질들을 천천히 흡수한다는 기존의 예측도 증명했다. ■블랙홀 그림자와 제트도 함께 포착 국제공동연구진은 EHT 관측에서 사용한 빛 파장대(1.3㎜)보다 긴 3.5㎜의 파장대에서 블랙홀 주변의 고리 구조를 발견했다. 관측한 고리 구조의 크기는 EHT로 관측한 고리 구조에 비해 약 50% 크게 나타났다. 1.3㎜ 파장대에서 관측한 EHT 이미지에서는 블랙홀 주변의 광자 고리만 나타났지만 더 긴 파장대에서 관측한 GMVA+ALMA 이미지에서는 광자 고리 이외에 블랙홀보다 규모가 큰 바깥쪽 부착원반의 플라즈마에서 나온 빛이 함께 포착됐기 때문이다. 또 연구진은 최초로 M87 블랙홀의 그림자와 제트도 동시에 포착했다. 해당 결과는 블랙홀이 강한 중력으로 주변 물질을 흡수할 뿐만 아니라 빠른 속도로 움직이는 제트를 만들어 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하들의 진화에도 영향을 줄 수 있음을 시사한다. 공동연구팀은 한국우주전파관측망(KVN), 천문연이 운영에 참여하고 있는 하와이의 제임스 클러크 맥스웰 망원경(JCMT), GMVA, ALMA를 활용해 M87 블랙홀을 한 달간 네 차례 추가 관측할 예정이다. 이를 바탕으로 M87에서 관측되는 강한 제트의 형성 원인과 블랙홀 주변의 플라스마가 시간의 흐름에 따라 어떻게 변하는지 계속 연구할 예정이다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 우리나라 최초의 달 궤도선 '다누리'가 달과 지구간 거리의 3배 이상 떨어진 공간에서 BTS의 뮤직비디오 '다이너마이트'를 보내왔다. 또 다누리의 항로 중 지구와의 거리가 가장 먼 곳에서 달과 지구가 함께 하는 모습도 보여줬다. 이는 우리 기술로 만든 우주인터넷 장비와 고해상도카메라를 비롯해 다누리에 탑재한 주요 장비들의 우수성을 입증한 것이다. 과학기술정보통신부는 다누리가 안정적으로 날아가면서 우주에서 영상과 사진 등 데이터를 성공적으로 보내왔다고 7일 밝혔다. 다누리는 12월까지 총 이동거리 600만㎞를 이동하는 가운데 지난 9월 2일 두번째 궤도 수정에 이어 지난 2일 세번째 궤도를 수정해 정상적으로 달을 향해 날아가고 있다. '다이너마이트' 영상을 전송한 다누리의 우주인터넷탑재체는 지상과 달리 수시로 통신이 끊어지는 우주환경에서 데이터 전송을 검증하기 위해 개발됐다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 한국항공우주연구원, NASA 제트추진연구소(JPL)와 함께 우주인터넷탑재체의 성능검증 시험을 지난 8월 25일(약 121만㎞ 거리)과 10월 28일(약 128만㎞ 거리) 두 차례 진행했다. 그결과 영상과 사진 등의 데이터 전송에 성공했다. ETRI는 "이번 성능검증 시험은 임무목적상 통신거리(약 38만㎞)보다 약 3배 이상 떨어진 거리에서 진행됐다는 점에서 의미가 있다"고 말했다. 또 항공우주연구원은 다누리가 지구에서 가장 멀리 떨어진 154만㎞에서 촬영한 지구-달 공전 사진과 달이 지구를 통과하는 사진을 공개했다. 다누리는 항공우주연구원이 개발한 고해상도카메라로 지난 9월 15일부터 10월 15일까지 한달간 매일 1회씩 달의 공전과정을 촬영했다. 9월 24일에는 15장의 사진을 촬영해 달이 지구를 통과하는 과정을 생생히 담아냈다. 항공우주연구원은 "지난 8월 26일 지구-달 최초 촬영 사진은 한 장면을 보여줬으나, 이번에는 달이 지구를 공전하고 통과하는 과정을 담았다"고 설명했다. 이와함께 한국지질자원연구원에서 개발한 감마선분광기는 블랙홀 탄생으로 발생한 감마선 폭발을 관측하는데 성공했다. 이번 감마선 폭발은 미국과 유럽 등에서도 동시에 관측됐으며, 인류가 최초로 관측한 블랙홀 탄생 관련 감마선 폭발 현상이라는 점에서 의미를 가진다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 전세계 300여명의 천문학자가 참여한 사건지평선망원경(EHT·Event Horizon Telescope) 연구진이 우리은하 중심부 궁수자리에 있는 블랙홀을 최초로 발견했다고 12일 밝혔다. 이 블랙홀은 지구에서 약 2만7000광년 떨어져 있다. 이번의 획기적인 발견은 2019년 EHT 연구진이 'M87' 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀의 영상을 최초로 관측한 이후 두 번째 성과다. 궁수자리 A 블랙홀의 영상화 과정에 참여한 조일제 박사(스페인 안달루시아 천체물리연구소)는 "이번 영상은 빠르게 변화하는 블랙홀의 그림자를 포착해, 천체가 정적이라고 가정하고 촬영하는 기존 전파간섭계 영상화 과정의 한계를 극복했다는 점에서도 큰 의미가 있다"고 강조했다. 이어서 조 박사는 "이를 바탕으로 머지않아 블랙홀로 물질이 빨려 들어가는 과정도 직접 관측할 수 있을 것"이라고 전망했다. EHT 연구진에는 과학기술연합대학원대학교(UST), 경북대, 서울대, 세종대, 연세대, 한국천문연구원 등 9명의 한국 과학자들도 참여했다. 천문연구원에 따르면, 궁수자리 A 블랙홀은 질량이 태양보다 약 400만배 크다. 태양계로부터의 거리가 M87 블랙홀과 비교해 2000분의 1 정도로 가까워 블랙홀 연구의 유력한 대상이다. 그러나 M87에 비해 1500배 이상 질량이 작다. 이번 관측에서 블랙홀 주변의 가스 흐름이 급격히 변하고, 영상이 심한 산란 효과를 겪어 M87에 비해 관측이 어려웠다. EHT 과학이사회의 공동 위원장인 세라 마르코프는 이날 "궁수자리 A 블랙홀과 M87 블랙홀은 매우 유사한 모양을 보이는데, 이는 아인슈타인의 일반상대성 이론에 의한 것"이라고 말했다. 즉, 이는 우주진화와 상대성이론을 설명하는데 있어서 일치한다는 것을 보여준 것이다. 또한 기존 M87과 이번 궁수자리 A 블랙홀 연구에 참여한 김재영 경북대 교수는 "이전 M87 블랙홀과 비교해 궁수자리 A 블랙홀은 제트와 같은 강력한 물질 분출 현상이 없는 블랙홀"이라며, "이 두 블랙홀의 EHT 영상을 함께 연구함으로써 현대 천체물리학의 가장 큰 난제들 중 하나인 블랙홀 제트의 물리적인 기원을 이해할 수 있을 것"이라고 설명했다. 한편, 2019년 당시 처녀자리 은하단 중심부에 존재하는 거대은하 'M87'의 중앙 블랙홀을 관측했다. 이 블랙홀은 지구로부터 5500만광년 떨어져 있다. 이 블랙홀의 질량은 태양의 65억배, 지름은 160억㎞에 달한다. 또한 M87 중앙 블랙홀의 그림자가 약 400억㎞이고, 블랙홀의 지름은 그림자에 비해 40%가량인 것으로 측정했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자