태양 질량 44~116배 별에선 블랙홀 안만들어져…중력파로 60년만에 확인 작성일 04-03 28 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="ussMbP5T7h"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3096376a86a876acf8d16a5fac1bad951e5d36a1d54057224c541d1106bb9e8f" dmcf-pid="7OORKQ1ypC" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="별이 폭발하는 장면. 그 배경에 서로를 공전하는 쌍성 블랙홀의 모습이 희미하게 담겨 있다. Carl Knox, OzGrav, Swinburne University of Technology 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/03/dongascience/20260403101212537btij.png" data-org-width="680" dmcf-mid="UUKywSiP3l" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/03/dongascience/20260403101212537btij.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 별이 폭발하는 장면. 그 배경에 서로를 공전하는 쌍성 블랙홀의 모습이 희미하게 담겨 있다. Carl Knox, OzGrav, Swinburne University of Technology 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="f2a41c2a417448e68295309d3f909cf5d59c4d8a7fed4f130f1bc1702c1da2ca" dmcf-pid="zIIe9xtW3I" dmcf-ptype="general">태양보다 수십 배 무거운 별은 연료를 다 소진하면 중심부가 중력을 버티지 못하고 붕괴한다. 바깥층은 초신성 폭발로 흩어지고 중심부는 블랙홀보다 가벼운 천체인 중성자별이나 블랙홀로 남는다. </p> <p contents-hash="92e136d19695f358da9f01c64f5dc9f95c4fef12202cb6e11913e02986c0d5ef" dmcf-pid="qCCd2MFYFO" dmcf-ptype="general"> 태양 질량의 100~260배에 달하는 극히 무거운 일부 별은 죽음의 방식이 다르다. 폭발이 너무 강해 별 전체가 산산이 파괴되면서 블랙홀조차 남지 않는다. 천문학자들은 이런 폭발을 '쌍불안정 초신성'이라 부른다. 1960년대 처음 이론으로 제시됐지만 수십 년간 관측으로 입증되지 못했다. 국제 공동연구진이 중력파 데이터로 태양보다 44~116배 무거운 블랙홀이 우주에서 드문 이유를 처음 확인했다.</p> <p contents-hash="67766c9e1836f16bfbc67f174dcf18a0dcb5bd293518d53d3212e174bace07f8" dmcf-pid="BhhJVR3G3s" dmcf-ptype="general"> 호주 모내시대가 이끄는 국제 공동연구팀은 중력파 데이터를 분석해 블랙홀 '질량 공백'의 존재를 처음으로 확인하고 연구 결과를 국제학술지 '네이처'에 1일 발표했다.</p> <p contents-hash="fbc0420dc9972b0bc0c099c2152d5465e5aadef9b5ffcf90efcd4c4938261754" dmcf-pid="bllife0H3m" dmcf-ptype="general"><strong>● 60년 된 이론, 중력파로 첫 검증</strong></p> <p contents-hash="b8d8facaaa2fed532e72597b55e9ee85ac3ee2ffc604c1775783bf77767a1921" dmcf-pid="K00sgw6bur" dmcf-ptype="general"> 별이 쌍불안정 초신성으로 폭발하면 블랙홀이 만들어지지 않는다. 천문학자들은 이 때문에 태양 질량의 약 50~130배 되는 별이 소멸될 때 블랙홀이 형성되지 않는 빈 구간을 일컫는 이른바 '질량 공백'이 생긴다고 예측했다. 질량 공백은 오랫동안 이론으로만 존재했고 관측으로 확인된 적은 없었다.</p> <p contents-hash="e78325040b792f67d3bcb6f7edfe6405b909333f850de5427533cb26fe225c5e" dmcf-pid="9ppOarPKFw" dmcf-ptype="general"> 2015년 인류의 첫 중력파 검출 이후 중력파 관측이 가능해지면서 검증의 실마리가 열렸다. 중력파는 우주공간에서 질량이 큰 두 천체가 하나로 합쳐질 때 우주 공간으로 퍼져나가는 파동이다. 블랙홀과 블랙홀의 병합이나 블랙홀과 중성자별의 충돌 등으로 생겨난다. 중력파 파동의 형태를 분석하면 중력파를 유발한 천체의 질량이나 천체가 어떤 과정을 거쳐 탄생했는지 역추적할 수 있다.</p> <p contents-hash="13cf87cbdb35ac3c17a5c5d8077f40831e9feb309c2b8d8de526f37c9a640430" dmcf-pid="2UUINmQ9zD" dmcf-ptype="general"> 2021년 브루스 에델먼 미국 오리건대 연구원팀은 미국의 중력파 관측소 '라이고(LIGO)'와 유럽의 중력파 관측소 '비르고(Virgo)'가 두개의 블랙홀이 합쳐질 때 발생한 중력파 46건을 분석했다. 그 결과 태양 질량의 55~120배 되는 별이 블랙홀이 된 사례는 드물다는 사실을 확인했지만 이같은 질량 공백이 정확히 어디서 시작하고 끝나는지 밝히지 못했다. 데이터 수가 적은 데다 두 블랙홀의 질량이 공백 구간 경계 양쪽에 걸쳐 있는 사례가 포함돼 질량 공백의 존재를 통계적으로 확정하기 어려웠다. </p> <p contents-hash="fa3f038267c9d8c5a268a18f9ec3b401ed22acb3e8f6103e714bc3fc1029d293" dmcf-pid="VuuCjsx20E" dmcf-ptype="general"><strong>● 153건의 중력파가 밝힌 블랙홀의 빈자리</strong></p> <p contents-hash="6a5fb4a966e6248b2292da71f57dce1e84651036629bd79d93c51672869446b8" dmcf-pid="f77hAOMVzk" dmcf-ptype="general"> 모내시대가 이끄는 공동 연구팀은 미국·유럽의 중력파 관측소 라이고·비르고와 일본의 중력파 관측소 카그라(KAGRA)가 수집한 '중력파 데이터 목록(GWTC-4)'을 분석했다. 앞선 연구보다 세 배 이상 많은 153건의 데이터를 토대로 서로를 공전하는 두 블랙홀 중 더 작은 쪽의 질량 분포를 집중적으로 살펴봤다.</p> <p contents-hash="02aa4d70110699e1dbc839df62f5b48ae5ba1a964717e9e3ff826a6f00788d0d" dmcf-pid="4zzlcIRf0c" dmcf-ptype="general"> 분석 결과 더 작은 쪽 블랙홀은 태양 질량의 44~116배 구간에서 확인되지 않았다. 쌍불안정 초신성 이론이 예측한 구간과 맞아떨어지는 결과다. 질량 공백이 우연이 아닐 가능성은 통계적으로 99.9%에 달했다.</p> <p contents-hash="8c44eae9204d654be053a6a035de7cebe844c6578e2844980ad69c21fe2fb82d" dmcf-pid="8qqSkCe4pA" dmcf-ptype="general"> 더 큰 쪽 블랙홀은 달랐다. 질량 공백 구간 안에서도 일부 존재했다. 연구팀은 이에 대해 별에서 직접 태어난 것이 아니라 더 작은 블랙홀 두 개가 합쳐진 결과로 분석했다. 근거는 회전 속도다. 질량 공백 구간 내의 블랙홀은 유독 빠르게 회전하는 특성이 확인됐다. 이는 두 블랙홀이 하나로 합쳐질 때 공전 운동이 회전으로 바뀌기 때문이다. 별에서 직접 태어난 블랙홀에서는 나타나지 않는 특징이다.</p> <p contents-hash="584f4b9c9bf8c2dd87baf5df86e04b4700d001b71ad99d14e50216d7b6b2ac83" dmcf-pid="6BBvEhd8zj" dmcf-ptype="general">쌍불안정 초신성이 일어나는 질량 공백 구간에서는 별이 폭발로 완전히 사라지기 때문에 블랙홀이 직접 만들어지지 않는다. 다만 질량 공백 구간 아래에서 태어난 더 작은 블랙홀 두 개가 서로를 공전하다 하나로 합쳐지면 합쳐진 블랙홀의 질량이 질량 공백 구간 내에 포함될 수 있다.</p> <p contents-hash="cc95a4a8f0ac6350734427e08ac389950f0b7c32f21b75ee2db3d0bebdf5c868" dmcf-pid="PbbTDlJ67N" dmcf-ptype="general"> <br> 연구팀은 별 내부에서 일어나는 핵반응 속도도 추정했다. 별이 죽어가는 과정에서 탄소와 산소가 어떻게 반응하는지를 블랙홀 데이터로 역으로 계산했다. 지금까지 별 내부의 핵반응은 직접 관측이 불가능해 이론으로만 추정했다. 이번 연구에서 중력파 데이터로 검증할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 의미가 있다.</p> <p contents-hash="77abf8773c5055747debddafc80d0f46d33178054babb0016fbb2ce4ddabe5de" dmcf-pid="QKKywSiPpa" dmcf-ptype="general"> 프로젝트 책임자인 후이 통 모내시대 박사과정생은 "태양 질량의 44~116배 구간 안에는 별에서 직접 만들어진 블랙홀이 없다"며 "해당 질량 범위의 블랙홀은 더 작은 블랙홀들이 합쳐져 만들어진 것"이라고 밝혔다.</p> <p contents-hash="6643d2fe0be9ac977793d4e81c441e19fa61a6bfae2d61810bb6871f5d51f2ed" dmcf-pid="x99WrvnQFg" dmcf-ptype="general"> 마야 피시바크 토론토대 교수는 "쌍불안정 초신성이라는 우주 최대 폭발의 간접 증거를 포착했다"며 "블랙홀은 탄생 후 반복적으로 합쳐지며 성장할 수 있다는 점도 확인했다"고 말했다.</p> <p contents-hash="1cad73c747ad63780e24b973f843f076d7106ecafd7f9809160410aa6412f92e" dmcf-pid="yggb1zhD0o" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 한계도 인정했다. 질량 공백의 끝점인 태양 질량의 116배는 지금까지 관측된 충돌 사건 중 단 하나의 데이터에 근거하고 있어 확신하기 어렵다. 쌍불안정 초신성이 아닌 다른 원인이 비슷한 빈 구간을 만들어냈을 가능성도 남아 있다.</p> <p contents-hash="7e023f0a687b38972944f09a022b067a2d01b25862e845247fb358f8ece4ec67" dmcf-pid="WaaKtqlw3L" dmcf-ptype="general"><참고자료><br> doi.org/10.1038/s41586-026-10359-0<br> doi.org/10.3847/2041-8213/abfdb3</p> <p contents-hash="53bb28bcb46751ff8f399c9d863cf99fe84695b9f8df17db844745af385e3a63" dmcf-pid="YNN9FBSrzn" dmcf-ptype="general">[조가현 기자 gahyun@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 5cm 물고기 수천마리가 15m 폭포 수직 등반하는 비결 04-03 다음 DXVX, 월드 백신 콘그레스에서 상온 mRNA 백신 보관 플랫폼 기술 알려 04-03 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
