"이론한계의 40배"...역대급 흡입력의 블랙홀 발견

ⓒ데일리포스트=이미지 제공[NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani]

ㅣ데일리포스트=김정은 기자ㅣ빅뱅 후 15억 년 지난 초기 우주에서 이론적으로 예측된 한계보다 주변의 물질을 40배 이상 빠르게 빨아들이는 초대질량(supermassive) 블랙홀이 사상 처음으로 발견됐다. 

미국 국립과학재단 광·적외선천문학연구소(NOIRLab) 서혜원 박사가 이끄는 국제공동연구팀이 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 찬드라 엑스선 천문대 데이터를 이용해 초대질량 블랙홀(LID-568)을 발견했다. 

이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 게재됐다. 

ⓒ데일리포스트=이미지 제공[Nature Astronomy]

연구팀에 따르면 LID-568은 이론적 한계인 '에딩턴 한계'(Eddington limit)의 40배가 넘는 경이로운 속도로 주위 물질을 먹어 치우는 초대질량 블랙홀이다.

은하 중심부의 초대질량 블랙홀은 그 존재가 관측되고는 있지만, 어떻게 이 정도로 거대하게 성장했는지에 대해서는 자세히 알려지지 않았다. 

그런데 빅뱅 후 불과 15억 년 만에 태어난 LID-568이 예상을 훨씬 뛰어넘는 속도로 주변 물질을 흡수하는 것으로 나타나, 초기 우주에서 블랙홀이 빠르게 성장한 메커니즘을 규명하는 실마리가 될 것으로 기대되고 있다. 

연구팀은 제임스 웹 우주망원경의 근적외선 분광기(NIRSPec)의 '적분장 분광법'을 이용해 LID-568과 그 주변 영역까지 전체적으로 파악하고, 은하 중앙에 위치한 LID-568 주위에서 예상치 못한 격렬한 가스 분출을 발견했다.

분출 속도와 규모를 분석한 결과, 블랙홀 질량 증가가 급격히 발생했을 가능성이 제기된 동시에 LID-568이 에딩턴 한계의 40배 속도로 물질을 흡수한다는 것을 확인했다.

에딩턴 한계란 블랙홀로부터 복사압과 중력이 균형을 이루는 한계점을 말한다. 블랙홀이 발하는 엄청난 빛이 중력을 웃돌면 주위 물질이 블랙홀에 떨어지지 않게 되는데, LID-568는 그 한계를 크게 넘어 물질을 흡수하는 것이다.

주변 물질을 흡수하고 있는 초대질량 블랙홀 LID-568 상상도 ⓒ데일리포스트=이미지 제공[NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani]

논문 공동저자 중 한 명인 줄리아 샤르베히터(Julia Scharwächter) 박사는 "이러한 극단적 사례는 에딩턴 한계를 뛰어넘는 고속 공급 메커니즘이 우주 초기 초대질량 블랙홀이 관측된 이유일 수 있음을 시사한다"고 설명했다. 

현행 이론에서는 초대질량 블랙홀은 우주 초기에 최초 별들의 죽음(가벼운 씨앗)이나 풍부한 가스 구름의 붕괴(무거운 씨앗) 중 하나에서 만들어지는 것으로 추정되고 있지만, 관측으로는 확인된 바 없다. 

연구팀은 아직 관측으로 규명되지 않은 이론을 이번 연구가 뒷받침하는 것일 수 있다고 보고 있다. 

서혜원 박사는 "블랙홀 씨앗이 가볍든 무겁든 한 번의 '식사'를 통해 질량 증가는 기존 예상보다 훨씬 많이 일어날 수 있다"고 말했다.