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지구서 가장 가까운 초대질량 쌍 블랙홀 관측…”은하충돌 유물”

블랙홀 간 거리도 1천600광년으로 가장 짧아 충돌 통해 더 큰 블랙홀 형성

2021.12.02 07:00 연합뉴스

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지구에서 약 8천900만 광년 떨어진 곳의 은하 NGC 7727 안에 초대질량 블랙홀 한 쌍이 존재하며, 서로 충돌해 더 큰 블랙홀을 만들 것으로 관측됐다.

유럽남방천문대(ESO)와 과학전문 매체 등에 따르면 프랑스 스트라스부르대학의 천문학자 카리나 보겔 박사가 이끄는 연구팀은 ESO 산하 칠레 파라날 천문대에 설치된 초거대망원경(VLT)의 ‘다중 분광 익스플로러'(MUSE)를 이용해 NGC 7727의 초대질량 쌍(雙) 블랙홀을 관측한 결과를 국제학술지 ‘천문학 및 천체물리학'(Astronomy & Astrophysics)에 발표했다.

이 초대질량 쌍 블랙홀은 지금까지 관측된 것 중 가장 가까울 뿐만 아니라 두 블랙홀 간 거리도 가장 짧아 궁극에는 서로 충돌해 합쳐질 것으로 제시됐다.

초대질량 쌍 블랙홀은 약 4억7천만 광년 밖에서 관측된 것이 가장 가까운 기록으로 돼 있었다.

은하가 충돌해 합쳐지면 각각의 중심에 있던 초대질량 블랙홀 간 거리가 짧아지다가 중력에 묶여 서로를 돌게되며, 결국 충돌해 더 큰 블랙홀을 형성한다. 이 충돌 과정에서 알베르트 아인슈타인이 일반상대성이론에서 예측한 중력파를 만들어내는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 NGC 7727 은하 내 두 초대질량 블랙홀이 주변 별에 미치는 중력을 통해 블랙홀의 질량을 측정했다. 은하핵 오른쪽에 자리 잡은 큰 블랙홀은 태양 질량의 약 1억5천400만 배에 달하고, 작은 쪽은 태양의 630만 배에 달하는 것으로 나타났다.

이런 방식으로 쌍 블랙홀의 질량을 측정한 것은 처음이다. NGC 7727 은하가 상대적으로 지구와 가까이 있는데다 VLT의 MUSE를 통해 자세한 관측이 이뤄져 가능했던 것으로 연구팀은 밝혔다.

천문학자들은 물병자리에 있는 NGC 7727이 초대질량 쌍 블랙홀을 가진 것으로 추정은 했으나 주변으로 고에너지를 방사하는 것을 보지 못해 쌍 블랙홀의 존재를 확인하지 못해왔다.

보겔 박사는 “이번 관측 결과는 우주에 은하 충돌의 유물이 훨씬 더 많이 있을 수 있으며, 아직도 발견되길 기다리며 숨어있는 초대질량 쌍 블랙홀이 많이 있다는 점을 의미한다”면서 “(주변) 국부 우주에서 발견할 초대질량 블랙홀 수를 30% 늘릴 수 있다”고 했다.

특히, 2020년대 말에 ESO의 극대 망원경(ELT)이 가동되면 숨어있는 쌍 블랙홀을 찾아내는 데 비약적 진전이 이뤄질 것으로 기대되고 있다.

논문 공동저자인 ESO 천문학자 스테펜 미에스케는 “이번 발견은 시작일 뿐”이라면서 “ELT 관측 장비는 현재 가능한 것보다 훨신 더 많은 블랙홀을 찾아낼 수 있을 것”이라고 했다.

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