이중 블랙홀은 어떻게 움직일까 [지금은 우주]

[아이뉴스24 정종오 기자] 이중 블랙홀은 어떻게 움직일까. 국제 공동 연구팀이 이중 블랙홀 제트 내부 충격파와 불안정성의 상호 작용을 검출했다.

한국천문연구원(원장 박장현)이 참여한 EHT(사건지평선망원경, Event Horizon Telescope) 공동 연구팀이 이중 초대질량블랙홀의 후보 중 하나인 OJ287 천체의 제트 내부에서 전파되는 충격파를 포착하는 데 성공했다.

EHT(사건지평선망원경, Event Horizon Telescope)는 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만들어 블랙홀의 영상을 포착하려는 국제협력 프로젝트이다.

EHT는 M87 은하와 우리은하 중심에 있는 블랙홀의 영상을 사상 최초로 포착한 망원경이다. EHT를 통해 OJ287의 블랙홀 영상을 직접 관측하는 것은 아직 어렵다. 블랙홀에서 제트가 방출되는 최근접 지역을 영상화할 수 있다.

이로부터 OJ287이 이중 초대질량블랙홀을 가지는지 여부와 블랙홀에서 제트가 방출되는 메커니즘을 연구할 수 있다.

OJ287은 이중 초대질량블랙홀 시스템을 가진 것으로 추정되는 가장 잘 연구된 후보 중 하나이다. 이 천체는 약 100년 이상의 기간 약 12년의 주기성의 밝기 변화를 보인다.

이는 이중 초대질량블랙홀 시스템 내에서 상대적으로 작은 블랙홀이 더 큰 블랙홀 주변을 공전하면서 블랙홀의 강착 원반과 주기적으로 충돌하기 때문에 발생하는 것으로 추정하고 있다.

이번 연구에서는 약 5일 간격으로 수행된 두 번의 EHT 관측으로부터 OJ287의 제트 구조와 편광각(블랙홀 주변 자기장의 지도를 그리기 위해 측정하는 빛의 진동 방향)이 변하는 것을 확인했다. 이는 제트 플라즈마와 주변 매질 사이의 속도 차이로 인해 발생하는 불안정성과 제트 내부에서 전파되는 충격파가 상호 작용한 결과이다.

이번 연구를 주도한 호세 루이스 고메즈(Jose Luis Gomez) 스페인 안달루시아 천체물리 연구소 박사는 "이러한 반대 방향의 편광각 회전은 전파되는 충격파와 불안정성의 상호작용에 대한 결정적 증거”라며 “블랙홀 제트에서 이러한 충격파-불안정성 상호 작용을 직접 관측한 것은 이번이 처음”이라고 말했다.

연구 논문의 제2 저자인 천문연 조일제 박사는 “우리는 개별 충격파 성분을 공간적으로 분해해 불안정성 파동과 상호 작용을 지켜보고 있다”며 “단 5일 동안 상당한 변화가 일어나는 것을 관측한 만큼 앞으로 연속적 모니터링 관측을 수행한다면 나선형 자기장과 제트 불안정성 패턴의 3차원 구조를 모두 지도화할 수 있을 것”이라고 말했다.

이어 “이는 제트가 만들어지는 과정과 입자들이 블랙홀 근처에서 어떻게 가속되는지에 대한 전례 없는 관측적 증거를 제공할 것”이라고 전했다.

EHT 공동 연구팀이 OJ287 제트 내부의 충격파와 불안정성을 밝혀낸 연구 논문은 ‘천문학과 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)’ 저널 1월 8일자에 실렸다.