"우리가 본 M87 블랙홀은 진짜 블랙홀"

국제 공동연구진, M87 블랙홀 영상 비교 분석
주변 플라즈마 난류 영향으로 빛고리 밝기 변해

M87 블랙홀 이미지를 2017년 4월 관측(왼쪽)과 2018년 4월 관측으로부터 얻은 결과. 블랙홀 그림자로 불리는 중심 검은 부분과 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이 고리 모양으로 관측됐다. 블랙홀의 그림자 부분과 고리 크기는 거의 일치하지만 고리에서 가장 밝은 부분의 위치가 다르다. EHT 제공

[파이낸셜뉴스] 2019년에 발표한 M87 블랙홀이 확실하다는 사실을 국내 연구진을 비롯한 국제 공동연구진이 입증했다. 뿐만아니라 블랙홀 주변의 플라즈마 난류들의 움직임이 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측한 것과 일치한다는 것을 관측을 통해 입증해냈다.

한국천문연구원은 국제 공동 연구진이 사건지평선 망원경(EHT)으로 M87 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀의 그림자와 빛의 고리 구조를 또다시 포착했다고 18일 밝혔다. 연구진은 2017년과 2018년에 관측한 블랙홀 영상을 비교 분석해 '천문학과 천체물리학(Astronomy and Astrophysics)'에 발표했다.

블랙홀 영상화팀의 공동 리더인 천문연구원·연세대학교 박사후연구원 조일제 박사는 "2018년에 블랙홀을 다시 관측해 2017년 관측 영상과 비교해보니 크기가 동일했다"며 "이는 우리가 봤던 것이 진짜 블랙홀이라는 것을 증명한 셈"이라고 말했다.

블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기는 블랙홀의 질량에 의해서 결정된다. M87 블랙홀의 질량은 매우 천천히 증가하는 것으로 알려져 있기 때문에 인류의 역사보다 긴 시간이 지나더라도 질량에는 거의 변화가 없어야 한다. 이번에 관측한 블랙홀의 그림자와 빛의 고리 구조 크기는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 맞게 변화가 없었다.

이번 국제 공동 연구의 총괄 책임자인 대만중앙연구원 천문천체물리연구소 소속 케이치 아사다 박사는 "블랙홀 그림자의 존재를 새로운 관측을 통해 확인했다는 것은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 확실하게 입증하는 중요한 결과"라고 말했다.

다만 블랙홀 주변 빛의 고리 구조는 지속적으로 변하고 있었다. 이는 블랙홀 주변에 있는 많은 플라즈마가 난류처럼 움직이면서 빛 고리의 밝은 부분이 랜덤하게 변했다. 연구진은 지금까지 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 블랙홀 주변에 있는 플라즈마 때문에 밝기가 변할 수 있다는 것을 예측해왔다. 이번 관측을 통해 예측이 맞다는 것을 입증한 셈이다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 후속 연구를 통해 고리 구조의 밝기 변화를 분석함으로써 블랙홀 주변 물질 유입 및 방출 과정에 대한 더 큰 실마리를 찾을 것으로 기대하고 있다.

한국우주전파관측망(KVN) 평창망원경

EHT는 2017년을 시작으로 2018년, 2021년, 2022년에 M87을 관측했으며, 2024년에도 관측을 수행할 예정이다.

특히 올해는 한국천문연구원이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN)이 관측에 직접 참여한다. 연구진은 KVN의 참여로 더 정확한 블랙홀 영상을 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다.

조일제 박사는 "블랙홀 영상화는 페타바이트에 달하는 방대한 관측 자료를 과학연구에 필요한 영상으로 변환하는 중요한 과정"이라며 "이번 영상화 과정에서 한국 연구자들이 영상화팀의 공동 리더를 맡음으로써 거대 국제 협력 프로젝트에서 주도적인 역할을 수행했다"고 강조했다.

[e-mail] 김만기 기자