사건지평선망원경으로 관측한 M87 블랙홀 영상. 왼쪽부터 2017년과 2018년 및 2021년 결과를 나타내며 고리 위 가느다란 선은 자기장의 크기와 방향을 의미. 블랙홀 그림자와 고리 크기는 거의 일정하지만, 가장 밝은 부분 위치와 자기장 형태는 연도별로 변화하는 사실이 확인됐다. 과기정통부 제공우주항공청과 한국천문연구원은 16일 "한국 연구진이 참여한 국제 공동 연구진이 M87 은하 중심 블랙홀 주변 자기장의 역동적인 변화를 포착했다"고 밝혔다.
'사건지평선망원경(Event Horizon Telescope, EHT)'을 통해 관측한 'M87' 초거대 블랙홀의 연도별 영상을 비교·분석해 얻어낸 성과다.
EHT는 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만드는 국제 협력 프로젝트로, 블랙홀 영상을 포착하기 위해 운영 중이다.
2017년 인류 역사상 처음으로 블랙홀을 관측해 2019년 그 영상을 공개했다.
해당 블랙홀은 '초대질량 블랙홀(supermassive black hole)'로 지구에서 5500만 광년 떨어진 '처녀자리 은하단' 중심 근처 거대 타원 은하인 M87 중심에 자리를 잡고 있다.
국제 공동 연구진은 2017년과 2018년 그리고 2021년 M87 블랙홀 영상을 비교해 블랙홀 주변 자기장 회전이 시간에 따라 변화한다는 사실을 포착했다.
특히 2021년에는 자기장 회전 방향이 4년 전인 2017년과 반대로 나타났다. 이는 블랙홀 부근 물질이 매우 역동적으로 움직이고 있음을 보여주는 결과라는 설명이다.
블랙홀은 중력이 극도로 강해 빛을 포함해 모든 물질도 탈출이 불가능한 천체지만, 그 주변에서는 '제트' 형태의 빛이 관찰된다.
제트는 블랙홀 주변을 도는 전자가 자기장과 부딪혀 발생하는 현상으로 추정되는데, 지난해 국제 공동 연구진은 2017년과 2018년 블랙홀 영상을 비교해 시간에 따른 제트 위치 변동도 확인한 바 있다.
한국천문연구원 손봉원 책임연구원은 "제트와 자기장 변화로 파악되는 블랙홀 주변 물질의 역동성을 잘 이해해야 중력 현상도 잘 이해할 수 있다"고 설명했다.
손봉원 책임연구원은 "우주에 존재하는 네 가지 기본 힘(중력, 강력, 약력, 전자기력) 가운데 인간이 가장 분명하게 체감하면서도 제일 이해가 부족한 힘이 중력"이라고 지적했다.
어떤 입자와 정보 교환을 통해 중력이 발현되는지 등을 정확히 파악하지 못하고 있는데, 이는 중력이 실험실 환경에서 다루기가 가장 어려운 힘이기 때문이라는 것이다.
손 책임연구원은 "그런 면에서 가장 좋은 중력 실험실이 M87 블랙홀 같은 초대질량 블랙홀이고, EHT는 이를 위한 훌륭한 관찰 도구"라고 말했다.
블랙홀 주변 자기장 변화 포착으로 중력 이해에 한 발짝 더 다가선 것으로 평가되는 이번 연구 결과는 국제 권위 학술지 '천문학과 천체물리학(Astronomy & Astrophyscics)' 9월호에 게재됐다.
한편, 이번 국제 공동 연구에서 한국천문연구원과 경희대, 울산과학기술원(UNIST) 등이 중심이 된 한국 연구진은 직접 개발한 소프트웨어로 블랙홀 주변 자기장 변화를 분석하는 등 핵심적 기여를 했다.
손봉원 책임연구원은 "EHT 블랙홀 연구에서 한국은 이제 핵심 국가"라고 강조했다.