2009년부터 2017년까지 처녀자리 은하 중심의 M87 블랙홀을 사건지평선망원경(EHT)으로 촬영한 사진 모음이다. EHT 제공
지난해 빛조차 빠져나갈 수 없어 미지의 영역으로 여겨졌던 블랙홀의 모습이 사상 처음으로 사진으로 인류에게 선을 보였다. 이번에는 블랙홀이 매해 격렬하게 모습을 바꾸는 영상이 공개됐다.
한국을 비롯한 전 세계 13개 기관 200명 이상의 연구자들로 구성된 사건지평선망원경(EHT) 연구팀은 2009년에서 2013년 사이 촬영된 처녀자리 은하 중심에 있는 M87 블랙홀의 영상을 재구성한 연구결과를 이달 23일 국제학술지 ‘천체물리학 저널’에 발표했다.
지난해 4월 공개된 블랙홀의 첫 사진은 2017년에 4월 중 1주일간 촬영된 영상이다. 블랙홀은 별 등이 극도로 압축해 작은 공간에 밀집한 천체다. 빛조차 빠져나가지 못할 정도로 중력이 강해 블랙홀 자체를 관측할 순 없다. 대신 블랙홀을 감싸고 있는 물질이 내는 빛을 통해 블랙홀의 모습을 추론할 수 있다. 블랙홀이 가린 그림자를 보는 셈이다.
전 세계 전파망원경을 결합해 세밀한 관측을 하는 프로젝트인 EHT는 사실 지구로부터 5500만 광년 떨어진 M87의 모습을 2009년과 2011년, 2012년, 2013년에도 촬영했다. 다만 이때는 EHT 망원경 구축 초기여서 영상을 만들 만한 데이터가 확보되지 않았다. 2009년부터 2012년까지 EHT 망원경을 구성하는 지역은 3곳에 불과했고, 2013년은 4곳이 참여했다. 2017년 5개 지역의 망원경이 확보되면서 달 표면의 당구공을 볼 수 있을 정도의 해상도를 얻었다.
블랙홀 주변 밝게 빛나는 부분이 매해 위치가 달라지는 것을 볼 수 있다. EHT 제공
연구팀은 2017년의 데이터를 토대로 2009~2013년 데이터에서 블랙홀의 모습을 통계적으로 추측해냈다. 그 결과 질량이 태양의 65억 배에 이르는 M87은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의한 예측 기대치와 수년에 걸쳐 일치하는 것으로 나타났다. 블랙홀의 그림자 지름이 이론 예측치와 맞았다.
블랙홀 주변의 상대적으로 밝게 빛나는 부분의 위치가 바뀌는 것도 포착됐다. 블랙홀로 빨려 들어가는 가스는 수십억 도까지 가열되고 자기장에 의해 흔들리게 된다. 이 과정에서 지구 방향으로 움직이는 물질이 도플러 효과 때문에 더 밝게 보인다. 연구 주저자인 마시에크 빌거스 하버드대 블랙홀 이니셔티브 교수는 “물질의 흐름이 격렬해 시간에 따라 흔들리는 것처럼 보인다”고 말했다. 연구팀은 블랙홀 주변의 움직임을 통해 일반 상대성이론의 새로운 연구를 수행할 수 있을 것이라 기대했다.
EHT는 2018년에는 그린란드 지역을 추가해 블랙홀을 관찰한 영상을 분석중이다. EHT는 올해도 블랙홀 관측에 가장 유리한 3월 말에서 4월 초 사이 관측을 이어가려 했으나 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19)의 여파로 이뤄지지 못했다. 내년에는 프랑스의 전파망원경도 추가돼 더 선명한 영상을 얻을 것으로 기대된다.
빌거스 교수는 “이번 연구는 기술이 향상되면서 연구팀이 가까운 미래에 무엇을 할 수 있을지에 대한 맛보기”라며 “몇 년 후에는 정말 영화처럼 보이기 시작할 것”이라고 말했다.
EHT 망원경은 2021년 8개 지역의 전파망원경을 활용해 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있을 전망이다. EHT 제공
관련 태그 뉴스
지금까지 발견된 가장 큰 블랙홀 병합 중력파로 첫 확인
지금까지 발견된 가장 큰 블랙홀 병합 중력파로 첫 확인
'중간질량 블랙홀' 중력파로 첫 확인 '존재할 수 없다' 여겨진 태양 85배 블랙홀도 관측 태양 질량의 140배가 넘는 거대한 블랙홀이 충돌을 통해 탄생하는 과정이 중력파 연구 과정에서 발견됐다. 지금까지 발견된 가장 큰 블랙홀 병합 현상으로, 간접적 증거로만 존재가 알려진 '중간질량 블랙홀'의 존재를 처음 직접 확인하게 됐다. 또 이 과정에서 기존 이론으로는 존재하지 않는다고 여겨지던 특이한 질량을 지닌 블랙홀의 존재도 새롭게 발견됐다. 블랙홀의 형성과 성장 과정을 밝히는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 프랑스...
[사이언스N사피엔스]분광학, 천문학의 새 장을 열다
[사이언스N사피엔스]분광학, 천문학의 새 장을 열다
19세기가 남긴 또 하나의 위대한 유산은 분광학(spectroscopy·分光學)이다. 분광학이란 말 그대로 빛을 파장에 따라 죽 깔아놓고 (스펙트럼) 파장대별로 나누어서 분석하는 분야이다. 밤하늘을 광학망원경으로 본다는 건 어차피 가시광선을 보는 것이다. 나중에 등장하는 전파망원경은 확대된 가시광선, 즉 전자기파를 보는 것이다. 물리학자들에겐 전파나 가시광선이나 어차피 전자기파로서의 빛일 뿐이고 양자역학적으로는 빛 알갱이인 광자(photon)일 뿐이다. 20세기 후반에는 광자 이외에 중성미자로 우주를 ‘보기’ 시작했...
태양계 끝 제9 행성은 자몽크기 블랙홀일까?
태양계 끝 제9 행성은 자몽크기 블랙홀일까?
태양계 끝 제9 행성은 자몽크기 블랙홀일까? 태양계 끝에서 다른 천체를 잡아당기며 중력작용을 하는 미지의 천체는 과연 행성 질량을 가진 자몽 크기의 블랙홀일까? 제9 행성의 존재와 관련해 제기되는 가설 중 하나인 행성 질량 블랙홀의 진위가 머지않아 가려질 전망이다. 하버드-스미스소니언 천체물리학센터(CfA)에 따르면 하버드대학 천문학과 어비 로브 교수가 이끄는 연구팀은 블랙홀이 주변 물질을 빨아들일 때 방출되는 '강착 불빛'(accretion flares)을 통해 태양계 끝에 있을지 모를 작은 블랙홀의 존재를 확인할 수 있다는 연구...
초소형 블랙홀인가 초대형 중성자별인가...중력파로 발견한 미지의 천체
초소형 블랙홀인가 초대형 중성자별인가...중력파로 발견한 미지의 천체
질량이 큰 별은 수명을 다 하면 스스로 수축한 뒤 폭발해 중성자별이나 블랙홀 등 밀도가 매우 높은 천체가 된다. 이들 천체는 질량의 범위가 정해져 있는 것으로 알려져 왔는데, 최근 기존에 관측된 범위를 벗어난 새로운 질량의 천체가 중력파를 통해 처음 발견됐다. 미국에 설치된 중력파 검출기를 이용해 중력파를 관측하는 과학 프로젝트인 ‘라이고’ 과학협력단과 유럽 이탈리아의 중력파 검출기를 이용하는 ‘버고’ 과학협력단은 지난해 8월 지상에서 관측된 중력파의 파형을 분석한 결과, 질량이 태양의 2.6배로, 기존...
