"50억광년 거리에 역대 최대 블랙홀…태양 질량 360억배"

작성일 08-12

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 <img alt="허블 우주망원경으로 관측한 '코스믹 호스슈(horseshoe, 편자)' 현상. 2007년 처음 관측된 코스믹 호스슈는 지구에서 약 50억광년 떨어져 있으며 지구와 가까운 쪽에 있는 거대 은하 때문에 배경 은하의 빛이 휘어져 말발굽 편자 모양으로 관측된다. ESA, NASA 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/12/dongascience/20250812174743247bczx.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="PpNIzBloMw" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/12/dongascience/20250812174743247bczx.jpg" width="658">
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 허블 우주망원경으로 관측한 '코스믹 호스슈(horseshoe, 편자)' 현상. 2007년 처음 관측된 코스믹 호스슈는 지구에서 약 50억광년 떨어져 있으며 지구와 가까운 쪽에 있는 거대 은하 때문에 배경 은하의 빛이 휘어져 말발굽 편자 모양으로 관측된다. ESA, NASA 제공
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 50억광년(1광년은 빛의 속도로 1년간 이동한 거리) 떨어진 곳에서 역대 최대 질량의 블랙홀 존재 가능성이 확인됐다. 추정 질량은 태양의 약 360억배, 태양계가 있는 우리은하 중심부 블랙홀의 약 1만배에 달한다.
 국제학술지 '사이언스'는 11일(현지시간) 역대 최대 블랙홀 존재 가능성을 제시한 연구결과를 소개했다. 영국 포츠머스대 우주론 및 중력연구소 연구팀이 7일(현지시간) '영국 왕립천문학회 월간회보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)'에 공개한 '코스믹 호스슈(horseshoe, 편자)' 중심부 블랙홀 관측 결과다.
 은하 중심에는 초대질량(Supermassive) 블랙홀이 존재한다. 블랙홀이 은하와 함께 진화하기 때문에 은하가 클수록 중심부 블랙홀도 클 것으로 추정된다. 
 블랙홀 자체는 눈에 보이지 않지만 블랙홀 주변의 별이나 가스 구름이 블랙홀 주변에서 움직이는 속도를 통해 질량을 추정할 수 있다. 이 방법으로 우리은하 중심부 블랙홀인 궁수자리A 블랙홀의 존재를 입증하고 질량을 측정한 과학자들이 2020년 노벨 물리학상을 받았다.
 15억광년 이상 떨어진 먼 은하에서는 블랙홀 근처의 별 움직임을 관측하기 어렵다. 대신 초대질량 블랙홀이 은하의 가스와 먼지를 흡수하며 빛을 내는 '활동성 은하핵(AGN)'을 관측해 질량을 추정할 수 있지만 불확실성이 매우 크다는 한계가 있다.
 연구팀은 코스믹 호스슈 현상 중심부에서 거대한 블랙홀의 실마리를 발견했다. 2007년 처음 관측된 코스믹 호스슈는 지구에서 약 50억광년 떨어져 있으며 지구와 가까운 쪽에 있는 거대 은하 때문에 배경 은하의 빛이 휘어져 말발굽 편자 모양으로 관측된다. '중력 렌즈(gravitational lens)' 때문이다.
 아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 은하처럼 질량이 매우 큰 물체는 시공간을 왜곡해 주변 빛을 휘어 모으는 중력 렌즈 현상을 일으킬 수 있다. 중력 렌즈 현상이 일어나면 너무 멀리 있거나 다른 천체 뒤에 가려진 천체의 빛이 휘어져 관측된다.
 중력 렌즈 현상으로 AGN이 없는 코스믹 호스슈 중심부에서 거대한 블랙홀의 흔적이 확인됐지만 중력 렌즈 데이터만으로는 정확한 질량이나 현상 파악이 어려웠다.
 연구팀은 미국 항공우주국(NASA)의 허블 우주망원경, 유럽 남방천문대(ESO)의 초거대 망원경(VLT)으로 코스믹 호스슈 중심부를 촬영하고 이미지를 분석했다. 거리가 너무 멀어서 별의 운동을 하나하나 구분할 수는 없지만 블랙홀의 거대한 크기 덕분에 더 넓은 스케일에서 주변 물질의 운동을 계산할 수 있다는 점을 이용한 것이다.
 연구팀은 중력 렌즈 데이터와 블랙홀 주변 물질의 운동을 모두 고려해 블랙홀의 질량을 모델링했다. 그 결과 블랙홀의 질량을 약 35%의 오차 범위 내에서 정확히 측정하는 데 성공했다.
 코스믹 호스슈 중심부 블랙홀의 질량은 태양 질량의 약 360억배로 추정됐다. 현재까지 관측된 블랙홀 중 가장 질량이 크다. AGN 방식으로 관측한 블랙홀 중에서는 태양 질량의 400억 배로 추정되는 블랙홀도 있지만 불확실성이 매우 커 비교가 어렵다.
 연구팀은 "주변 동반 은하에 있는 모든 초대질량 블랙홀이 합쳐져 우리가 탐지한 '초초대질량(ultramassive) 블랙홀'이 됐을 가능성이 높다"며 "우리가 은하와 블랙홀 형성의 최종 단계를 목격하고 있을 수도 있다"고 밝혔다.
 향후 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 유클리드 우주망원경 데이터를 활용해 더 많은 초대질량 블랙홀과 은하를 탐지하고 블랙홀과 은하의 별 형성 과정에 대해 탐구할 계획이다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1093/mnras/staf1036
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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