별 거치지 않은 ‘초대질량 블랙홀’ 단서 첫 포착

작성일 08-25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">[이종림의 사이언스 랩] 가스 구름이 곧바로 붕괴해 처음부터 블랙홀로 태어나</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="8VTtcMuShS">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2da739197d38921fa596e34a97dd17a144c966fd3400f6443418bb2d433d3ddc" dmcf-pid="6fyFkR7vvl" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="두 은하가 충돌하면서 형성된 ‘무한 은하’ 중심부에서 직접 붕괴로 탄생하는 블랙홀 후보가 포착됐다. 표시된 세 지점은 형성 중인 블랙홀 위치를 가리키며, 각각 수십만에서 100만 태양질량급으로 추정된다. 피터 반 도쿰 제공 " class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/25/weeklydonga/20250825090325739khrj.jpg" data-org-width="575" dmcf-mid="45ElRBYcCv" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/25/weeklydonga/20250825090325739khrj.jpg" width="658"></p>
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            두 은하가 충돌하면서 형성된 ‘무한 은하’ 중심부에서 직접 붕괴로 탄생하는 블랙홀 후보가 포착됐다. 표시된 세 지점은 형성 중인 블랙홀 위치를 가리키며, 각각 수십만에서 100만 태양질량급으로 추정된다. 피터 반 도쿰 제공 
           </figcaption>
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          <div contents-hash="300b4cf83d5dde0e988f1749b9d21d92ef074fd1ce5e84d18ff1c0124bf56352" dmcf-pid="P4W3EezTCh" dmcf-ptype="general">
           두 은하가 충돌한 우주 한 지점에서 초대질량 블랙홀(Supermassive Black Hole)이 생성되는 것으로 보이는 장면이 처음으로 포착됐다. 약 83억 광년 떨어진 은하 충돌 지점에서 관측된 초대질량 블랙홀 후보는 태양질량의 수십만 배에서 최대 100만 배 규모로 추정된다. 이는 초기 우주 시절 가스가 붕괴해 블랙홀이 만들어진다는 '직접 붕괴(Direct Collapse)' 가설의 실마리를 제공할 수 있는 사례로 주목받고 있다. 
          </div>
          <p contents-hash="1b6c8ca4273664df0a0195b9c93cff5fba4a1f36f099796b93e51c050841b819" dmcf-pid="Q8Y0DdqyWC" dmcf-ptype="general">이번 연구는 피터 반 도쿰 미국 예일대 교수와 가브리엘 브라머 덴마크 코펜하겐대 박사 공동 연구팀이 제임스웹 우주망원경(JWST), 찬드라 X선 망원경 데이터를 분석한 결과다. 국제 '천체물리학 저널 레터스' 7월호에 게재됐다.</p>
          <div contents-hash="aee655500fd81e61b69a1c0b04d20ba59a6897854d3871e8c3613fc71865d166" dmcf-pid="x6GpwJBWvI" dmcf-ptype="general">
           <h4>블랙홀이 별보다 먼저 탄생했다?</h4>블랙홀은 중력이 매우 강해 시공간이 휘고 빛조차 빠져나올 수 없는 특이 구조다. 태양보다 수 배에서 수십 배 무거운 별은 마지막 순간 중심핵이 스스로의 무게를 견디지 못하고 붕괴해 블랙홀로 바뀐다. 이렇게 만들어지는 블랙홀을 '항성 질량 블랙홀'이라고 한다. 그런데 중대형 은하 중심에는 대부분 태양보다 수백만 배에서 수십억 배 무거운 초대질량 블랙홀이 자리하고 있다. 이 블랙홀은 강한 중력으로 주변 물질을 끌어당기고, 은하의 구조와 진화에도 지대한 영향을 미친다.
          </div>
          <p contents-hash="43d90d96739c5ee863cc906c2e05a1b95d192d85f1e889c34f4f4da6bfe6f411" dmcf-pid="ySejBXwMTO" dmcf-ptype="general">이런 거대 블랙홀이 언제, 어떤 경로로 형성됐는지는 여전히 풀리지 않은 과제로 남아 있다. 과학자들은 두 가지 가능성을 제시한다. 하나는 항성 질량 블랙홀이 주변 가스와 물질을 오랜 시간에 걸쳐 흡수하면서 점차 질량을 키워 초대질량 블랙홀로 성장한다는 설명이다. 또 다른 한 가지는 거대한 가스 구름이 별을 거치지 않고 곧바로 붕괴해 처음부터 큰 질량을 가진 블랙홀로 태어나는 직접 붕괴 가설이다. 별이 형성되기 전에 블랙홀이 만들어졌다는 시나리오로, 짧은 시간 안에 거대한 블랙홀이 등장할 수 있다는 설명을 뒷받침한다.</p>
          <p contents-hash="24305f273cd19ff548ca7ffdb3f785c9e1482b97d759b659283d45216bd718d0" dmcf-pid="WvdAbZrRvs" dmcf-ptype="general">이번에 관측된 사례는 후자를 입증하는 유력한 단서로 주목받고 있다. 연구진은 약 83억 광년 떨어진 '무한 은하(Infinity Galaxy)'를 관측하던 중 수십만에서 100만 태양질량급의 블랙홀 씨앗이 형성되는 징후를 발견했다. JWST가 가시광선과 적외선으로 은하 구조를 포착하는 동안 찬드라 X선 망원경은 그 중심에서 방출되는 고에너지 X선을 감지해 블랙홀 후보의 존재를 뒷받침했다.</p>
          <p contents-hash="ef75c1855ffea0a1845afe3a06e49fc168e75a1e01d7ba93298896f221a9df68" dmcf-pid="YTJcK5meCm" dmcf-ptype="general">‘무한 은하'는 두 은하가 충돌하면서 생긴 복합 구조로, 형태가 '∞' 기호처럼 보여 붙은 이름이다. 이곳에서 관측된 블랙홀은 무한 은하의 중심이 아닌 외곽에서 형성됐으며, 주변에는 이온화 가스가 일정 방향으로 흐르고 있었다. 이는 외부에서 물질이 유입된 것이 아니라, 해당 위치의 가스가 스스로 붕괴해 만들어졌을 개연성이 있다. 강한 X선을 지속적으로 방출했지만 초신성 같은 일시적인 폭발 현상은 나타나지 않았다는 점도 이를 방증한다.</p>
          <p contents-hash="e4e294a6269d9002eadbcc7e1a783962474b58eea803a25adbec1112080e410a" dmcf-pid="GWnE2tOJWr" dmcf-ptype="general">연구진은 이러한 특징들이 거대한 가스 구름이 조용히 수축하면서 블랙홀로 형성되는 직접 붕괴 가설에 부합하는 후보 사례라고 설명한다. 지금보다 훨씬 밀도 높고 역동적이던 초기 우주에서는 이러한 메커니즘이 더 자주 작동했을 개연성이 있다. 또한 이번처럼 블랙홀이 은하 중심이 아닌 외곽에서 형성된 사례는 초대질량 블랙홀이 은하 진화의 결과가 아니라 시작점일 수 있다는 새로운 관점을 열어준다.</p>
          <p contents-hash="1f19b53344ff6fdc76ad4b241a89861b22d47c74894ffa1d19b7bbef95848154" dmcf-pid="HYLDVFIivw" dmcf-ptype="general">다만 단일 사례만으로 직접 붕괴가 초대질량 블랙홀의 보편적인 형성 방식이었다고 단정할 수는 없다. 연구진은 비슷한 시기와 조건에서 형성된 블랙홀 후보들을 추가로 찾아낼 예정이며, 후속 관측을 통해 형성 메커니즘을 더욱 정밀하게 검증할 계획이다.</p>
          <div contents-hash="5800b25750752b405948645fb05f3aeaabeb5c4e0109b3de97568d5aec65d1cb" dmcf-pid="XGowf3CnyD" dmcf-ptype="general">
           <h4>진화하는 블랙홀 연구, 우주를 파헤치다</h4>현재 블랙홀 연구는 그 기원과 성장 과정을 넘어 블랙홀 주변의 극한 물리 환경이 우주 구조와 법칙에 어떤 영향을 미치는지를 밝히는 방향으로까지 확장되고 있다. 특히 초대질량 블랙홀이 초기 우주에 어떻게 생성됐는지를 규명하고자 과학자들은 '씨앗 블랙홀' 흔적을 추적하고 있다. 이를 위해 JWST를 사용해 수십억 광년 떨어진 원시 은하들을 관측해왔다.
          </div>
          <p contents-hash="c4045d1ff19add4eb3da5e695a898a6ad7adeed851890948e8134255c6bcbfd0" dmcf-pid="ZHgr40hLlE" dmcf-ptype="general">블랙홀이 주변 물질과 어떻게 상호작용하는지도 중요한 연구 대상이다. 찬드라 X선 망원경과 초대형 전파망원경 배열(VLA)은 블랙홀 주변에서 나오는 강한 에너지를 관측한다. 이를 통해 블랙홀이 주변 물질을 얼마나 흡수하고, 어떤 방식으로 방출하는지를 알아낼 수 있다. 이 과정이 은하 구조에 어떤 영향을 미치는지도 함께 분석한다. </p>
          <p contents-hash="d59c169cdedf0f16bf820629131bd98393e69765346bdb0a839a2e7c38251c88" dmcf-pid="5Xam8plolk" dmcf-ptype="general">또한 블랙홀은 중력의 극한 조건을 실험할 수 있는 우주의 자연 실험장이다. 사건의 지평선 망원경(EHT)은 아인슈타인의 일반상대성이론 속 시공간 왜곡 현상을 블랙홀 그림자를 촬영해 입증했다. 중력파 검출기인 라이고(LIGO)와 비르고(VIRGO)는 블랙홀 병합 과정에서 발생하는 시공간의 진동을 포착해 블랙홀의 진화 과정을 역추적하는 데 기여하고 있다. </p>
          <p contents-hash="0224e61c0d08a222e1f8a5634292f5a3a352f97f4082086e42c521eaa31eb412" dmcf-pid="1ZNs6USghc" dmcf-ptype="general">이처럼 다양한 관측 기술과 이론 시뮬레이션이 결합하면서 블랙홀의 형성 및 진화를 실시간 우주 현상과 연결해 이해하려는 시도가 본격화되고 있다. 가설에 머물던 이론들은 점차 실제 관측을 통해 검증되기 시작했다. 이번 '무한 은하' 관측 또한 새로운 전환점이 될 것으로 보인다.</p>
          <p contents-hash="334c1a0612bda6571441244528195c47d4a54b6cbb5d93301085da21bc70e12c" dmcf-pid="t5jOPuvavA" dmcf-ptype="general">도쿰 교수는 미국항공우주국(NASA) 블로그를 통해 "이번 블랙홀이 두 은하의 중심이 아닌 은하 충돌 경계 지점에 있다는 사실이 가장 큰 충격으로, 전례 없는 블랙홀 탄생 장면을 보고 있는 것 같다"며 "직접 붕괴 블랙홀로 단정할 수는 없지만 신생 블랙홀의 존재를 뒷받침하는 유력한 데이터임에는 분명하다"고 밝혔다. </p>
          <p contents-hash="0000282c09971e6d0fefd7f3bc230a4c8c8d8d55b2dd98c1b679727e835628d3" dmcf-pid="F1AIQ7TNSj" dmcf-ptype="general">이종림 과학전문기자</p>
         </section> 
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