4년 만에 블랙홀 주변 자기장이 정반대로 뒤집힌 사실이 확인됐다.
블랙홀. 기사의 이해를 돕기 위한 사진 / Nazarii_Neshcherenskyi-shutterstock.com
우주항공청과 한국천문연구원은 한국 연구진이 참여한 국제 공동 연구 프로젝트 사건지평선망원경(EHT·Event Horizon Telescope)을 통해 M87 은하 중심 초대질량 블랙홀의 그림자와 빛의 고리 구조를 다시 관측했다고 지난 16일 밝혔다.
M87(메시에 87)은 지구에서 약 5500만 광년 떨어진 처녀자리 은하단의 거대한 타원 은하로 중심에 태양 수십억 배에 달하는 초대질량 블랙홀이 자리 잡고 있다. 인류 최초의 블랙홀 사진 역시 바로 이 M87 블랙홀에서 찍힌 것이다.
EHT는 전 세계 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만든 국제 협력 프로젝트다. 쉽게 말해 지구 전체를 하나의 거대한 망원경처럼 활용하는 방식이다. 눈으로는 볼 수 없는 블랙홀 주변 빛의 흔적을 포착할 수 있다.
이번 영상은 2021년에 촬영된 결과다. 인류 최초 블랙홀 사진을 공개했던 2017년과 그 이듬해 2018년에 이어 세 번째 기록이다. 한국 연구진은 천문연과 경희대, UNIST를 중심으로 세 시기 자료를 비교 분석했다. 블랙홀 주변 환경이 어떻게 달라졌는지 집중적으로 살폈다.
분석에는 한국에서 직접 개발한 소프트웨어가 활용됐다. 그 결과 블랙홀 그림자, 즉 중심의 검은 영역과 그 주위를 감싸는 빛의 고리 크기는 변하지 않았다. 그러나 고리의 방향은 달라져 있었다. 블랙홀 주변에 형성된 ‘자기장의 소용돌이’가 해마다 모양을 바꿨다는 뜻이다.
알기 쉽게 설명하면 회전목마의 중심 기둥은 그대로인데, 그 주위를 돌던 말들이 어느 순간 정반대 방향으로 돌기 시작한 것과 같은 모습이다.
사건지평선망원경(EHT)으로 관측한 다년간 블랙홀 자기장 변화 ©EHT Collaboration / 한국천문연구원 제공
특히 2021년에는 자기장의 회전 방향이 2017년과 정반대로 나타났다. 연구진은 내부 자기장 구조와 블랙홀 주변 물질이 서로 영향을 주고받은 결과라고 해석했다. 이는 블랙홀 근처 물질이 매우 역동적으로 움직이고 있다는 뜻이다. 기존 이론을 보완할 새로운 연구가 필요함을 보여준다.
EHT는 2017년 첫 관측 성과를 시작으로 2018년, 2021년, 2022년, 2024년, 2025년까지 꾸준히 연구 결과를 발표해 왔다. 내년에는 한 걸음 더 나아가 블랙홀의 짧은 변화를 영상으로 담는 세계 최초의 프로젝트를 진행할 예정이다. 지금까지는 1년에 한 장 정도의 이미지만 확보했지만, 내년에는 3개월 동안 집중 관측을 통해 2주마다 한 장씩 기록할 계획이다. 한국천문연이 운영하는 한국우주전파관측망도 이 프로젝트에 직접 참여한다.
손봉원 천문연 책임연구원은 이번 성과를 비롯해 주요 연구를 한국의 젊은 연구자들이 주도하고 있으며, 차세대 핵심 기술 개발 역시 한국이 이끌고 있다고 말했다.
강경인 우주항공청 우주과학탐사부문장은 이번 결과가 블랙홀이라는 극한의 우주 환경을 이해하는 데 한 걸음 더 다가선 성과라며, 앞으로도 세계적 수준의 연구를 통해 대한민국이 우주과학을 선도할 수 있도록 지원하겠다고 밝혔다.
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