타이완 연구진 참여한 EHT 국제공동연구팀, 블랙홀 ‘편광’ 현상 규명

  • 2021.04.22
포르모사 링크
메시에87 은하 중심에 있는 초대질량블랙홀의 편광 현상. [사진=CNA]

앞서 지난주 포모사링크 시간에는 우주 저너머 존재한다는 것은 알려 있지만 그 누구도 본적이 없는 신비로운 블랙홀의 실체를 타이완 연구진을 포함한 전 세계 13개 천문학 연구 기관의 과학자들로 구성된 사건지평선망원경(EHT) 프로젝트 국제연구팀이 지난 2019년 4월 메시에87 중심부의 블랙홀 모습을 촬영한 사진을 공개하면서… 인류 역사상 최초로 블랙홀 관측에 성공했다는 것에 대해 살펴보았는데요. 오늘 포모사링크 시간에서는 블랙홀의 실체를 처음 공개한 이후 사건지평선망원경(EHT) 프로젝트 국제연구팀이 지난달 3월 25일 후속 연구 결과이자 최초로 공개한 블랙홀의 편광을 관측한 영상에 대해 알아보는 시간을 가져보도록 하겠습니다.

알면 알수록 알쏭달쏭한 블랙홀.이 빛조차 빠져나올 수 없는 블랙홀과 별을 포함한 주변 물질의 경계면에는 ‘사건지평선’이란 것이 존재합니다.

EHT 국제연구팀이 처음으로 공개한 블랙홀 사진 속 붉게 빛나던 고리 부분의 빛은 블랙홀 자체가 아니라 블랙홀의 중력에 의해 사건 지평선 주변을 빛에 가까운 속도로 회전하고 있는 물질에서 나온 빛일 뿐이며, 고리 중심의 검은 부분이야말로 사건지평선 즉 블랙홀을 포함한 블랙홀의 그림자의 실제 모습이었는데요.

초대질량 블랙홀 메시에87의 모습. 중심의 검은 부분은 블랙홀과 블랙홀을 포함하는 그림자이고, 고리의 빛나는 부분은 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이다. [사진=CNA]

한편 EHT 국제연구팀은 그동안 우리가 볼 수 없었던 블랙홀의 실체를 성공적으로 관측한데 이어 후속연구에선 편광관측을 통해 블랙홀의 가장자리에서 강한 자기장의 증거인 편광을 발견했는데요.

일반적으로 블랙홀은 빛조차 모조리 먹어 치워버리는 천체로 알려졌지만, 사실 블랙홀은 주변 사물을 대부분 흡수하지만 한편으론 일부 물질을 빛에 가까운 속도로 분출해냅니다, 블랙홀의 강한 중력에 빨려 들어가기 직전 분출되는 물질은… 에너지를 양쪽 방향으로 강하게 뿜어내는 이른바 ‘제트’현상을 일으키는데요.

지난 3월 24일 국제학술지 천체물리학 저널 회보에 실린 이번 연구 결과에서는 블랙홀 바깥에서 물질의 유입량을 확인할 수 있는 하나의 방법인 편광관측을 통해 메시에 87 블랙홀을 분석한 결과 블랙홀 주변에 예상보다 훨씬 강한 자기장이 존재함을 알아냈습니다. 이로써 이 강력한 자기장 구조를 통해 블랙홀이 주변물질을 어떻게 흡수하고 또 어떻게 중심부 핵에서 고에너지 제트를 뿜어낼 수 있는지 과학적으로 설명할 수 있게 되었는데요.

메시에 87 은하 중심에 있는 초대질량블랙홀의 편광 영상. [사진=유럽남방천문대ESO 제공]

한편 이번에 공개된 블랙홀의 모습은 지난번과 확연한 차이가 있었습니다. 앞서 2019년 발표한 블랙홀 사진에선 블랙홀 주변에서 관측된 물체가 뿜어내는 빛만 관측했기 때문에 심플하게 그냥 붉은 반지 같은 둥그런 도넛 모양이었다면, 지난달 중앙연구원 천문 및 천체물리 연구원이 기자회견에서 생중계로 공개한 블랙홀 영상에선 편광관측을 통해 블랙홀이 흡수한 물체와 내뱉은 물체가 뿜어내는 블랙홀을 관측했기 때문에 …영상 속 블랙홀은 원통의 회오리 모양이었습니다.

지난번 사진보다 훨씬 선명해진 블랙홀의 구조, 그런데 이번 후속연구에서 이 블랙홀에서 수집한 편광 자료의 전파 신호가 너무 약해서 연구팀에서 굉장히 애를먹었다고합니다. 그런데 타이완 중앙연구원 천문 및 천체물리연구원의 박종호 박사후 연구원이 ‘GPCAL’이라 불리는 편광 신호를 분석하고 교정할 수 있는 연산법을 개발해서…연구의 속도를 낼수있었고 또한 지난번보다 선명해진 블랙홀 영상을 얻을 수 있었다고하는데요.

지난 3월 25일 기자회견 당시 타이완 중앙연구원 천문 및 천체물리연구원의 박종호 박사후 연구원(사진 중간)과 함께 사건지평선망원경 프로젝트에 참여한 타이완 연구진의 모습. [사진=CNA]

박종호 박사님 왠지 타이완 이름 같지 않으시죠? 맞습니다 박종호 박사님은 한국분이신데요. 사건지평선망원경 연구에 참여중이시고 또한 타이완 중앙연구원 천문 및 천체물리연구원에서 맹활약 중이신 박종호 박사님은 지난 3월 25일 공식 기자회견에서 EHT프로젝트의 기술은 빠르게 발전하고 있으며 또한 프로젝트에 새로운 전파망원경이 참여할 것이고, 이에 따라 앞으로 EHT 프로젝트 국제연구팀의 관측이 더 정확하게 블랙홀 주변의 자기장 구조를 파악하게 될것이며 나아가 블랙홀 주변 열기체 물리의 특성에 대해 더 많은 것을 우리에게 알려줄 것이라고 밝히셨는데요.

타이완 중앙연구원 천체 및 천체물리연구소에서 맹활약 중인 박종호 박사님에 말씀을 듣고 나서 …EHT 프로젝트의 후속연구는 또 언제 나올까 기대하고 있었습니다. 그리고 지난주 목요일이었습니다. 포모사링크 방송을 마친 뒤 따끈따끈한 소식이 전해졌는데요. 타이완을 포함한 EHT 프로젝트 국제연구팀이 이번엔 적외선과 엑스선, 감마선 등 다양한 파장 영역에서 촬영한 블랙홀의 모습을 공개했는데요.  다음번 연구에선 사건지평선 너머에 비밀이 풀리지 않을까 하는 생각이듭니다.

RTi 손전홍

메시에 87 블랙홀을 여러 파장으로 동시에 관측한 영상. [사진=한국천문연구원 제공]

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