지구서 가장 가까운 ‘충돌 직전’ 블랙홀 한 쌍 발견됐다

[서울신문 나우뉴스]

이 사진은 지구에서 8900만 광년 떨어진 NGC 7727 은하의 밝은 두 개의 은하핵을 클로즈업(왼쪽)과 와이드(오른쪽) 사진으로 보여준다. 각 핵의 중심에는 초거대질량 블랙홀이 숨어 있다. 사진=ESO/Voggel et al., ESO/VST ATLAS

이제껏 발견된 블랙홀 중 지구에서 가장 가까운 한 쌍의 블랙홀이 발견되었다. 더욱이 충돌 직전으로 곧 하나가 될 이 블랙홀 한 쌍은 근처 은하계에 숨어 있는 초거대질량 블랙홀로 밝혀졌다.

두 블랙홀은 지구에서 물병자리 방향으로 약 8900만 광년 떨어져 있는 은하 NGC 7727의 중심에서 서로 중력의 춤을 추고 있다. 과학자들은 그러한 쌍의 블랙홀을 우리 행성에서 이렇게 가까이 본 적이 없었지만, 두 블랙홀이 서로 그렇게 가까운 것도 역시 처음 보는 광경이라고 밝혔다.

앞으로 약 2억 5000만 년 후에 하나의 거대한 블랙홀로 합쳐질 이 블랙홀 커플은 블랙홀의 존재를 나타내는 일반적인 증거인 X선 복사를 많이 방출하지 않기 때문에 오랫동안 탐지되지 못했다. 이번 블랙홀이 발견된 것은 강력한 한 쌍의 망원경, 칠레 유럽남방천문대(ESO)의 초대형 망원경과 허블 우주망원경의 합작에 힘입은 것이다.

이번 연구의 주저자이자 프랑스 스트라스부르 천문대의 천문학자 카리나 보겔은 “이전 기록보다 절반도 안 되는 거리로 서로 가까이 있는 두 초대질량 블랙홀을 발견한 것은 이번이 처음”이라고 성명에서 밝혔다.

이제껏 가장 가까운 것으로 알려진 블랙홀 커플의 이전 기록은 지구에서 4억 7000만 광년에 있는 것으로, 이번 새로 발견된 블랙홀 커플보다 5배 이상 더 멀리 떨어져 있는 블랙홀 쌍이다.

분석 결과 큰 블랙홀은 태양의 약 1억 5400만 배에 가까운 질량을 갖고 있으며, 짝을 이루는 동반 블랙홀의 질량은 태양의 약 630만 배인 것으로 나타났다.(사진=ESO)

천문학자들은 NGC 7727 블랙홀 쌍의 가까운 거리 덕분에 처음으로 서로의 중력이 주변 별에 미치는 영향을 측정하여 두 블랙홀의 질량을 결정할 수 있었다. 이중 큰 블랙홀은 태양의 약 1억 5400만 배에 가까운 질량을 갖고 있으며, 짝을 이루는 동반 블랙홀의 질량은 태양의 약 630만 배인 것으로 나타났다.

초대질량 블랙홀은 일반적으로 큰 은하의 중심에 위치하며, 두 은하가 충돌하고 병합할 때 블랙홀도 마찬가지로 충돌하고 합병한다.

과학자들은 이번 발견이 초대형 초대질량 블랙홀의 형성을 엿볼 수 있게 해줄 뿐만 아니라, 더 많은 블랙홀과 병합 쌍이 근처의 다른 은하에 숨어 있을 수 있음을 시사하는 것으로 보고 있다.

보겔은 “우리의 발견은 은하 합병의 이러한 유물이 더 많이 있을 수 있으며, 여전히 숨겨진 거대한 블랙홀들이 많이 존재할 수 있음을 의미한다”면서 “그것은 가까운 국부은하군에 알려진 초거대질량 블랙홀의 총수를 30%까지 증가시킬 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

과학자들은 현재 2024년으로 예상되는 칠레 북부에 ESO의 ELT(초거대 망원경)가 완공되면 앞으로 몇 년 안에 초거대 블랙홀과 블랙홀 쌍에 대한 탐색에 더욱 박차를 가할 것으로 기대하고 있다.

이 발견의 공동 저자인 ESO 천문학자 스테펜 미에스케는 “ELT의 하모니(HARMONI/고각 해상도 모놀리식 광학 및 근적외선 현장분광기)를 사용하면 현재보다 훨씬 더 멀리 탐지할 수 있을 것”이라고 전망했다. 이 발견은 11월 30일(현지시간) ‘천문학 및 천체물리학’ 저널에 발표됐다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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