블랙홀의 고리가 찌그러진 이유를 아인슈타인의 중력이론으로는 설명할 수 없다는 연구 결과가 나왔다.

한국천문연구원이 참여한 '사건지평선망원경'(EHT) 국제 공동 연구팀은 거대 은하 'M87' 중심부에 있는 '초대질량 블랙홀'(질량이 태양의 수십만 배에서 수십억 배에 이르는 블랙홀)의 고리가 찌그러진 이유를 찾았다고 10일 밝혔다.

연구팀은 인류 역사상 처음으로 포착한 M87 블랙홀을 2019년 공개한 이후 블랙홀의 그림자 고리가 약간 늘어진 모양인 원인을 밝히고자 했다.

아인슈타인의 중력 이론에 따라 블랙홀 회전에 의한 시공간의 휘어짐 때문에 그림자가 약간 찌그러진 타원형 형태를 보이는 것이라는 예측이 지배적이었다.

연구팀은 기존 EHT에 더해 2018년 추가한 그린란드 망원경으로부터 이전보다 3∼5배 더 정확한 블랙홀 고리의 타원율을 측정하는 데 성공했다.

관측 결과, 완벽한 원에서 약 8% 벗어난 타원형 고리를 확인할 수 있었으며, 북쪽에서 반시계 방향으로 50도 기울어진 것으로 나타났다.

이 타원형 모양이 블랙홀의 회전에 의한 것인지 이해하기 위해 연구팀은 다양한 이론 시뮬레이션을 수행했다.

시뮬레이션에 따르면 회전하는 블랙홀의 그림자는 중력의 영향만으로는 2% 미만으로 찌그러지는 것으로 나타나, 블랙홀의 회전과 관측된 타원율 사이에는 통계적으로 유의미한 상관관계가 없었다.

대신 블랙홀에서 뿜어져 나오는 '제트'(주변에서 빨아들인 물질을 빠르게 분출하는 현상)로 인한 난류의 흐름을 시뮬레이션에 적용하면 찌그러짐 정도가 더 커지는 것으로 나타났다.

타원형 왜곡이 블랙홀의 중력이나 회전 때문이 아니라, 블랙홀 주위를 소용돌이치는 난류 물질에 의해 일어나는 것임을 시사한다.

이번 연구의 공동 제1 저자인 천문연 조일제 박사는 "블랙홀 고리의 찌그러짐이 기존 예측과 달리 블랙홀의 회전보다 블랙홀 주위를 맴도는 난류성 플라스마에 더 큰 영향을 받는다는 것을 밝혀냈다"며 "하지만 이는 현재 우리가 관측 가능한 한계와도 관련이 있기 때문에, EHT 망원경에서 추진 중인 '다주파수 동시관측 수신 시스템' 도입이 완료되면 보다 정밀한 블랙홀의 이미지를 얻을 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '천문학 및 천체물리학 저널'(Astronomy & Astrophysics) 저널 이날 자에 실렸다.