September 25,2018

블랙홀, 비밀의 문 열리나

속도·질량에 대한 연구결과 잇달아 발표

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블랙홀(Black Hole)은 중력이 너무 커서 어떤 것도 빠져 나오지 못하는 천체를 말한다. 매우 큰 질량을 가진 별들이 마지막에 계속적으로 수축을 하게 되면, 작은 부피 안에 태양 질량의 수 배 정도 되는 질량이 들어가게 되는데 이것이 바로 블랙홀이 된다.

블랙홀이 사람들의 끊임없는 호기심 대상이 되는 것은 바로 우주에서 가장 비밀스러운 존재이기 때문이다. 이 점이 바로 사람들의 호기심과 함께 무한한 상상력을 자아내기에 충분하다. 블랙홀은 이전까지만 해도 얼어붙은 별(frozen star) 내지는 붕괴된 별(collapsed star)라고 불리기도 했다.

과학자들은 블랙홀에 대한 연구를 끊임없이 하고 있으며, 현재도 이루어지고 있다. 블랙홀은 뭔가를 삼킨다는 것으로 알려져있지만, 그 속도가 어느정도인지는 알지 못했다. 지난해 11월에는 에너지 토해내는 블랙홀이 삼키는 속도가 어느 정도인지에 대한 연구가 발표되었다.

학술지 ‘네이처’(Nature)를 통해 발표된 마리아 트리고(Maria Trigo) 교수를 비롯한 유럽 천문학자들이 꾸린 국제공동연구팀의 연구이다. 연구팀은 X선 자료 등을 분석한 결과 블랙홀에서 뱉어내는 제트의 속도가 광속의 66퍼센트(%)인 초속 19만 8000킬로미터(km)라는 사실을 알아냈다. (원문링크)

모든 것을 삼킨다고 알려져있는 블랙홀은 경우에 따라서는 뱉어내기도 한다. 4U1640-47 이라는 이름의 블랙홀은 특정 물질을 강한 제트기류의 형태로 뿜어낸다고 한다.  ⓒ ScienceTimes

모든 것을 삼킨다고 알려져있는 블랙홀은 경우에 따라서는 뱉어내기도 한다. 4U1640-47 이라는 이름의 블랙홀은 특정 물질을 강한 제트기류의 형태로 뿜어낸다고 한다. ⓒ ScienceTimes

유럽우주기관(ESA. European Space Agency)의 XMM-Newton 우주망원경이 포착한 ’4U1640-47′이라는 이름의 블랙홀은 태양보다 약간 큰 부피를 가졌다. 이 블랙홀은 일반적으로 알려진 사실과는 다르게 모든 물질을 집어 삼키는 것이 아니라 철이나 니켈과 같은 입맛에 맞지 않는 물질과 에너지 등은 강력한 제트기류의 형태로 뿜어냈다.

이 블랙홀은 엄청난 에너지를 내뿜으며 시간당 7081만 1136킬로미터(km)의 매우 빠른 속도로 이동하는 것으로 밝혀졌다. 이 과정에서 제트가 양전자 대신 양극을 띤 무거운 철이나 니켈 입자를 포함하고 있다는 사실도 함께 알려졌다.

이는 제트가 양전자를 포함하고 있다고 이야기 하던 기존의 천문학자들의 추측과는 상반되는 결과이다. 연구팀은 블랙홀에 대해서 많은 것을 알고 있지만 제트 기류에 대한 정보는 잘 알려지지 않은 상태라고 설명했다. 이런 상황에서 이번 발견은 제트기류의 현상을 이해하는데 도움이 될 것이라고 설명하기도 했다.

회전속도, 빛 속도의 절반

블랙홀은 빛조차 탈출할 수 없을 정도로 강한 중력을 가지고 있다. 천체의 중력이 세다는 것은 물체가 천체의 표면에서 탈출할 수 있는 최소한의 속도인 ‘탈출 속도’가 커진다는 것을 의미하기도 한다. 올해 3월 미국 미시간대와 캘리포니아공과대 연구팀은 초질량 블랙홀의 회전 속도를 측정하는데 성공했다. 학술지 ‘네이처’(nateture)를 통해 발표된 내용이다. (원문링크)

연구팀은 지구로부터 약 60억광년 떨어진 천체이자 우추 초기의 활동성을 나타내는 천체로 알려진 퀘이사(RXJ1131-1231) 속에 있는 초질량 블랙홀의 속도가 빛의 속도의 절반 정도인 시속 5억 4000만 킬로미터(km)라고 밝혔다. 이번 연구가 주목받는 이유는 블랙홀은 빛의 입자인 광자조차 빨아들이는 엄청난 중력을 갖고 있어 회전 속도를 측정하기 어렵기 때문이다.

이 때문에 연구팀은 우주에서 가장 밝은 천체로 손꼽히는 퀘이사 속에 있는 블랙홀을 선택하게 되었다고 밝혔다. 마크 레이놀즈(Mark Reynolds) 미시간대 연구원에 따르면 이번 분석은 미국 항공우주국(NASA)의 찬드라 엑스선 관측선과 유럽우주기구(ESA)의 XMM-뉴턴 엑스선 우주망원경의 데이터가 사용되었다고 한다.

결과적으로 본다면 이번 측정으로 그 블랙홀이 흡수하고 있는 물질은 매년 33만 3000개의 지구를 집어삼키고 있는 것과 마찬가지이다. 그야말로 어마어마한 속도와 질량이라고 할 수 있다.

초거대 질량 ‘트리오 블랙홀’ 발견

현지시간으로 지난 6월 23일에는 지구에서 약 42억 광년 떨어진 곳에서 서로 이웃한 3개의 블랙홀이 발견되었다는 소식이 발표되기도 했다. 국제천문학 공동연구팀이 학술지 ‘네이처’(Nature)를 통해 발표한 내용이다. (원문링크)

국제천문학 공동연구팀은 ‘SDSS J150243.09+111557.3′이라는 이름의 은하계에서 세 쌍의 초질량 블랙홀(Trio of supermassive black hole)을 발견했다고 밝혔다. 이는 각국의 각종 인공위성의 위치 측정이나 우주 공간의 항성 또는 혹성들로부터의 도래파 신호를 수신 분석하는 수단인 VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 등으로 관측된 것이다.

이 초질량 블랙홀들은 우리 태양 질량의 1억배 이상은 될 것으로 추정될 만큼 거대한 규모이다. 이 초질량 블랙홀들이 은하가 서로 먹고 먹히는 진화의 과정에서 생긴 것으로 연구팀은 추정하고 있다. 물론 3개의 블랙홀이 ‘이웃’하고 있다고 해서 바로 옆에 붙어있다고 오해하면 안된다.

왜냐하면 가장 가까운 블랙홀 간의 거리가 무려 450광년이나 떨어져 있기 때문이다. 하지만 학계에서 이와 같은 블랙홀에 ‘쌍둥이’라는 이름을 붙이는 것은 지구에서 너무 멀어 구분하기 힘들기 때문이다. 이에 대해 로저 딘(Roger Deane) 남아프리카공화국 케이프타운 대학 교수는 지구의 시간으로는 상상하기 힘들지만 우주적 관점에서는 매우 가까운 거리라고 설명하기도 했다.

이번 발견은 기존 상식보다 훨씬 더 많은 쌍둥이 블랙홀이 우주에 있을 수 있다는 것을 뜻하며, 이와 같은 초질량 블랙홀에 대한 연구는 은하의 진화를 푸는데 있어 도움이 될 수 있을 것이라고 학계는 예상하고 있다.

 

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