천문학계 오랜 난제 밝힌다

▲ 한국과 일본의 전파망원경 네트워크를 연결하면 직격 약 2000km 의 전파망원경 구경과 같은 높은 감도와 더욱 자세한 공간 분해능을 얻을 수 있다. 단일 망원경으로는 이런 거대한 구경을 만들 수 없기 때문에 전파의 간섭 효과를 이용한 전파간섭계를 활용한다.제공= 천문연구원

천문연구원, 블랙홀 제트방출 원리 단서 찾아내
시뮬레이션으로 형성과정 규명 도전
블랙홀 제트초기 속도 광속 80%까지 가속


일반적으로 블랙홀은 강한 중력으로 빛조차 빠져나오지 못하는 천체로 알려져 있다.

하지만 블랙홀로부터 물질이 방출되는 플라즈마 제트 현상은 100년 전부터 알려진 사실로 천문학계는 이러한 블랙홀 제트 방출 원리에 대해서는 오랜 난제로 남아 있다.

이런 가운데 한국천문연구원(원장 한인우) 손봉원 박사팀이 거대은하인 M87 중심에 있는 초거대 블랙홀 제트현상을 관측하면서 기존과는 달리 블랙홀에 가까운 지점에서 이이 광속에 가까운 속도로 분출하는 현상을 밝혀냈다.

M87은하는 처녀자리 은하단의 중심부분에 있으며 지구에서 5440만 광년 떨어져 있다. 중심에는 태양 질량의 60억배 정도의 우주 최대급 초대형 블랙홀이 존재하는 것으로 알려져 있다

손 박사팀은 이번 연구에서 M87은하 중심의 블랙홀 제트속도는 블랙홀 중심에서 얼마 안 되는 위치, 즉 기존에 알려진 것보다 훨씬 가까운 5광년 거리에서 이미 광속에 가까운 운동을 하고 있다는 것을 최초로 밝혀냈다.

기존 관측은 블랙홀에 가까운 지역의 제트 현상을 정밀히 관측하지 못해 비슷한 거리에서 제트 속도는 광속의 10~30%로 알려졌지만 손 박사팀의 이번 연구에서는 제트속도가 광속의 80%로 가속돼 있음을 알아냈다.

손 박사팀의 이번 관측 결과는 블랙홀 제트가 어떤 원리로 분출하는지 밝히는 중요한 단서가 된다는데 큰 의미가 있다.

손봉원 박사는 “이번 관측 결과가 천문학의 오랜 숙제를 풀 수 있는 단서가 될 것”이라면서 “앞으로 컴퓨터 시뮬레이션과 자세히 비교해 블랙홀 분출의 형성 과정 규명에 도전할 계획이다”고 밝혔다.

한편 손 박사팀은 블랙홀 제트 방출을 관측하고자 한·일공동 VLBI관측망(KVN and ERA Array)인 KaVA를 이용해 2013년 12월부터 2014년 6월까지 주요한 5개 관측 데이터를 표시했다.

KaVA는 KVN, 즉 천문연구원이 보유한 세계에서 유일하게 밀리미터 영역의 4개 주파수 전파를 동시에 관측할 수 있는 우주전파관측망(서울, 울산, 제주)과 VERA, 즉 일본 국립천문대가 보유한 일본 우주전파관측망(미즈사와, 오가사와, 이리키, 이시가키지마)을 합친 7대의 전파망원경으로 구성돼 있다.

KaVA를 이용하면 짧은 기선(거리)부터 긴 기선까지 동시 활용해 관측할 수 있고, KVN이나 VERA만 이용한 관측에 비해 더 높은 품질의 전파영상을 얻을 수 있다. 이승규 기자 esk@

▲ VLBI 전파 영상 비교(활동은하핵인 3C 273)
(왼쪽)KVN로 관측한 영상. (오른쪽)VERA로 관측한 영상. (가운데)KaVA 공동관측 영상.
각 영상 왼쪽 아래의 타원은 각 관측망의 해상도를 나타낸다. KVN만을 이용한 경우 해상도가 낮기 때문에 영상의 선명도가 떨어지며, VERA만을 이용한 경우 감도가 나쁘기 때문에 천체의 중심 부분만 검출할 수 있다. KaVA를 이용한 경우에는 높은 해상도와 감도로 멀리 뻗어나가는 제트의 어두운 부분까지 선명히 관측할 수 있다. 제공= 천문연구원

▲ KaVA를 이용한 M87 제트 뿌리의 관측 결과
2013년12월부터 2014년6월까지 실시한 관측 중 주요한 5개 관측의 데이터를 표시했다.
가장 밝은 위치에 제트 분출구가 있고 그 조금 왼쪽에 초대형블랙홀이 위치하고 있다.
중심에서 오른쪽 방향으로 제트가 시간에 따라 바깥쪽(거리가 4광년 정도)으로 움직여가는 모습이 보인다. 참고로 광속과 같은 움직임을 실선(v=c)으로 나타냈다.(V=0점선은 최초 관측일을 기준으로 한 초기 속도) M87 은하 중심의 블랙홀 제트는 블랙홀 중심에서 얼마 안 되는 위치부터 이미 광속에 가까운 운동하고 있다는 것을 이 연구가 최초로 밝혔다.제공= 천문연구원