초거대 블랙홀, 주변 자기장 변화 포착… 사건지평선망원경 영상 분석

한국천문연 참여 국제 연구팀 블랙홀 부근 역동적 활동 발견 내년 단기간 변화관측도 추진 국내 연구진이 포함된 국제 공동연구팀이 우리 은하 중심에 있는 초거대 블랙홀 주변의 자기장 변화를 포착하는 데 성공했다. 블랙홀과 같은 우주의 극한 환경을 이해하는 데 한 발짝 다가서는 계기가 될 전망이다. 우주항공청과 한국천문연구원은 국내 대학, 연구기관이 공동 참여한 국제 공동 연구 프로젝트인 사건지평선망원경(EHT)을 통해 M87 은하 중심에 있는 초거대질량 블랙홀의 그림자와 빛의 고리 구조를 관측했다고 16일 밝혔다. M87은 지구에서 약 5500만 광년 떨어진 처녀자리 은하단 중심 근처에 있는 거대한 타원 은하로, 중심에 초대 질량 블랙홀을 보유하고 있다. M87과 같은 초거대질량 블랙홀은 활동성 은하의 중심에 있는 우주에서 발견되는 가장 강력한 천체 중 하나다. 엄청난 크기의 중력으로 인해 많은 물질을 빨아 들이고, 그 과정에서 플라즈마 제트를 광속에 가까운 속도로 분출해 수천 광년 떨어진 곳까지 뿜어낼 수 있다. 연구팀은 2017년, 2018년, 2021년에 EHT를 통해 포착한 관측 자료를 비교 분석해 M87 블랙홀의 시간에 따른 변화를 집중적으로 살폈다. 천문연, 경희대, 울산과학기술원 등 국내 연구팀은 직접 개발한 소프트웨어를 활용해 블랙홀 주변 자기장 모습의 변화를 분석했다. 그 결과, 블랙홀 그림자(중심 검은 부분)와 그 주변 빛의 고리 크기는 일정했으나, 빛의 고리 방향인 블랙홀 주변 자기장의 나선형 모양은 연도별로 변한 것을 확인했다. 특히 2021년 관측에서는 자기장의 회전 방향이 2017년과 반대로 나타났다. 시간에 따른 이런 자기장 변화는 빛을 방출하는 영역의 내부 자기장 구조와 주변 물질에 의한 영향이 복합적으로 작용했기 때문으로 해석된다고 연구팀은 설명했다. 이는 결국 블랙홀 부근의 물질이 매우 역동적으로 움직이고 있음을 의미한다는 점에서 기존 이론을 보완할 추가 연구가 필요하다고 연구팀은 덧붙였다. 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만들어 블랙홀 영상을 포착하기 위해 운영되고 있는 EHT는 2017년을 시작으로 M87을 지속적으로 관측하며 새로운 연구 성과를 발표하고 있다. EHT는 내년부터 블랙홀의 단기간 변화를 관측하기 위해 2주마다 1장 수준의 블랙홀 영상을 포착할 예정이다. 손봉원 천문연 책임연구원은 "이번 결과를 포함해 EHT 주요 연구를 한국의 젊은 연구자들이 이끌고 있다"며 "차세대 핵심 기술 개발도 한국이 주도해 EHT의 블랙홀 연구에서 기여해 나가겠다"고 말했다. 강경인 우주청 우주과학탐사부문장은 "앞으로도 세계적 수준의 우주 관측연구를 통해 인류의 지식 지평을 넓히고, 대한민국이 우주과학을 선도할 수 있도록 적극 지원하겠다"라고 밝혔다. 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr