"블랙홀 그림자, 보이나요?"

김재영 경북대 교수 참여한 국제공동연구진
M87 블랙홀 그림자와 제트 동시 관측 성공
블랙홀 주변 천체물리학적 과정 선명하게 볼 수 있어
연구 결과는 ‘네이처’ 4월 27일자에 게재

GMVA와 ALMA 동시관측을 통해 새롭게 획득한, 3.5mm 파장에서 본 M87 블랙홀 그림자와 제트의 영상. 출처=Lu et al. (2023)

김재영 경북대 지구시스템과학부 교수를 포함한 121명의 국제공동연구진이 M87 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀의 그림자와 물질 유입 흐름, 그리고 강력한 제트를 동시에 관측하는 데 최초로 성공했다고 경북대가 27일 전했다.

경북대에 따르면 이번 연구를 통해 얻은 새로운 영상은 블랙홀 주변에서 물질 흐름이 제트 현상과 어떻게 연관되어 있는지에 대한 중요한 단서를 제공한다.

관측에는 ▷국제 밀리미터 초장기선간섭계 관측망(GMVA) ▷아타카마 거대 밀리미터/서브밀리미터 집합체 망원경(ALMA) ▷그린란드 망원경(GLT) 등이 사용됐다. 연구팀은 이 망원경들로 영상 품질이 크게 향상돼 이번 발견이 가능했다고 밝혔다. 연구 결과는 세계적인 과학저널인 '네이처(Nature)' 4월 27일자에 게재됐다.

김재영 경북대 지구시스템과학부 교수

블랙홀로 유입되는 가스는 광속에 가까운 속도로 가속돼 외부로 분출될 수 있다. 이를 흔히 '제트 현상'이라 부른다. 천문학적 제트 현상은 1918년 M87 은하에서 처음 확인됐다. 이후 많은 은하에서 제트 현상이 발견됐다. 제트 현상이 블랙홀 주변에서 발생한다는 간접적인 증거들은 더러 발견됐지만 사건의 지평선 규모에서 블랙홀로 물질이 유입되고 제트가 방출되는 모습은 직접 관측되지 않았다.

이전 연구에서 사건지평선망원경(이하 EHT, Event Horizon Telescope)으로 찍은 최초의 M87 블랙홀 사진은 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조만 보였다. 블랙홀 주변의 휘어진 시공간이 보이지만, EHT 망원경의 민감도 한계로 블랙홀과 거대 제트의 연결 부분은 영상에 포함되지 않았다.

그러나 이번에 공개된 M87의 새로운 GMVA 영상은 블랙홀 그림자와 더불어 블랙홀로의 물질 유입 흐름과 제트의 시작 부분이 어떻게 연결돼 있는지 직접적으로 보여준다. 2017년 연구 기획 단계부터 참여한 김재영 교수는 "이전의 EHT 영상이 블랙홀 자체의 실존을 증명했다면 이번 GMVA 영상은 블랙홀 주변의 복잡한 천체물리학적 과정들을 선명하게 보여준다"고 설명했다.

M87 블랙홀로 빨려들어가는 물질의 흐름과 블랙홀 인근에서 방출되는 제트의 상상도. 출처=Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF