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■ 블랙홀 원반·제트 첫 동시 관측

4년전보다 긴 파장으로 원경 촬영
바깥쪽 플라스마 빛까지 담아내
비행운 같은 방출 소용돌이 관측

블랙홀에 대한 인류의 우주 지식이 성큼성큼 커지고 있다. 중력으로 빛과 공간이 휘어진다는 아인슈타인의 일반상대성 이론은 1919년 개기 일식 관찰로 사실임이 증명됐다. 정확하게 100년 후인 2019년 실제 빛을 빨아들이는 블랙홀의 존재가 전파망원경 사진을 통해 직접 눈으로 확인됐고, 이번에 원반(disk) 모양의 고리와 강력한 에너지 분출인 제트(jet)까지 처음 관찰에 성공해 구체적인 구조가 파악되기 시작했다.

미국과 유럽의 15개 전파망원경 연합(GMVA)과 칠레 아타카마 사막에 있는 전파망원경 그룹(ALMA)·그린란드 망원경(GLT) 등 3개 대륙에 분산된 수십 개의 망원경 성능을 총동원한 121명의 국제 천문관측집단은 또 한 번 역사적인 발견을 해냈다. 특히 한국천문연구원이 운영에 참여 중인 ALMA가 이미지 감도와 남북 방향 분해능(分解能)을 크게 높여 고리 구조를 발견하는 데 큰 역할을 했다. 이번 발견에 협력한 전 세계 연구자 중 4명의 한국인 과학자는 초장기선 간섭계 데이터의 오차 제거와 이미지 변환 과정에 힘을 보탰다.

국제연구진은 과거 EHT의 1.3㎜ 파장보다 더 긴 3.5㎜ 파장대 전파를 사용해 최초로 블랙홀 주변의 고리 구조를 발견했다. 가깝게 보던 근경(近景)에서 멀리서 보는 원경(遠景)으로 관찰 포인트를 옮긴 것이다. 이번에 촬영된 둥근 디스크 모양의 부착 원반은 4년 전 확인된 고리 구조보다 약 50% 더 크게 나타났다. EHT 사진이 원반의 안쪽 광자 고리에서 나온 빛만 포착했다면, GMVA+ALMA 사진은 바깥쪽 플라스마에서 나온 빛까지 함께 포착했기 때문이다. 그래서 작은 반지처럼 보이던 광자 고리의 모습이 콤팩트디스크(CD) 원반 형태로 커진 것이다.

또 연구진은 최초로 M87 블랙홀의 그림자와 제트도 동시에 촬영하는 데 성공했다. 블랙홀 그림자(black shadow)는 강한 중력으로 빛 등 모든 물질을 빨아들이는 블랙홀의 가운데 검은 부분을 말한다. 제트는 원반 모양의 고리가 블랙홀 중심 주위를 빠른 속도로 회전하면서 수직 방향으로 형성되는 방출형 소용돌이다. 흡사 제트기의 비행운처럼 원반의 중심에서 양쪽으로 뿜어져 나온다. 과학자들은 제트의 강력한 흐름이 멀리 떨어진 별과 은하들의 진화에까지 영향을 미칠 것으로 보고 있다. 천문연 측은 “한국우주전파관측망(KVN), 천문연이 참여한 하와이의 제임스 클러크 맥스웰 망원경(JCMT)·GMVA·ALMA를 총동원해 M87 블랙홀을 한 달 동안 4번 집중적으로 추가 관찰할 예정”이라고 밝혔다.

노성열 기자 nosr@munhwa.com