104년만에 베일 벗은 인류 최초 '블랙홀' 모습 나왔다

이번에 관측한 M87. 중심의 검은 부분은 블랙홀(사건의 지평선)과 블랙홀을 포함하는 그림자이고, 고리의 빛나는 부분은 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이다. 관측자로 향하는 부분이 더 밝게 보인다./사진제공=한국천문연구원

그동안 이론상으로만 입증됐던 미스터리 천체 '블랙홀'의 증거와 모습이 공개됐다. 중력과 시공간의 관계 설명으로 블랙홀의 존재 가능성이 착안된 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 1915년 발표된 이후 104년만의 성과다. 전 세계 주요 전파 망원경들을 네트워크로 연결해 거의 지구만한 크기의 단일 망원경처럼 활용한 덕분에 이 같은 관측이 가능했다.


한국천문연구원은 10일 오후(한국시간) 우리나라를 비롯해 미국, 유럽, 일본 등 전 세계 천문학 연구진들이 참여한 '사건의지평선망원경(EHT: Event Horizon Telescope)' 연구진이 전 세계 8개의 전파망원경을 연결한 거대 가상 전파망원경으로 초대질량 블랙홀 관측에 성공했다고 밝혔다.

EHT는 블랙홀 영상을 포착하기 위해 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만든 국제협력 프로젝트다.

그동안 블랙홀의 존재는 간접적으로만 존재가 증명돼 왔었다. 빛조차 빠져나올 수 없어 아무것도 관측되지 않지만 행성들이 그 주위를 돌고 있는 모습으로 그 존재가 추측됐었다.

이에 따라 EHT 측은 전 세계 8개의 우주관측소 전파망원경을 네트워크로 이어붙였고, 총지름 1만㎞에 달하는 초대형 전파망원경이 우주를 관측할 수 있는 환경을 만들었다. 이런 가상 망원경을 초장기선 전파간섭계(VLBI)라고 한다. 이 가상 망원경의 공간분해능력은 파리의 카페에서 뉴욕에 있는 신문 글자를 읽을 수 있는 정도라고 천문연은 설명했다.


이번에 관측된 블랙홀은 처녀자리 은하단의 중앙에 위치한 거대은하 M(메시에)87의 중심부에 있는 블랙홀 모습이다. M87은 지구로부터 빛의 속도로 가도 5500만년이 걸리는 거리에 있지만 그 질량이 태양의 65억배에 달할 정도로 커 관측 대상이 됐다.

블랙홀은 빛조차 탈출할 수 없는 강한 중력을 가지고 있다. 그래서 블랙홀의 경계인 '사건의 지평선' 밖에 존재하는 주변 밝은 천체나 블랙홀 주변에서 내 뿜는 빛은 강력한 중력에 의해 왜곡돼 블랙홀 주위를 휘감는다. 왜곡된 빛들은 우리가 볼 수 없는 블랙홀을 비춰 블랙홀의 윤곽이 마치 도넛처럼 드러나게 할 수 있다. 이 윤곽이 바로 '블랙홀의 그림자'다.

EHT 연구진도 여러 번의 관측자료 보정과 영상화 작업을 통해 고리 형태의 구조와 중심부의 어두운 지역인 블랙홀의 그림자를 발견하고 이를 이번에 공개하게 됐다. 연구진은 M87의 사건의 지평선이 약 400억㎞에 걸쳐 드리워진 블랙홀의 그림자보다 2.5배 가량 더 작다는 것을 밝혀내기도 했다.

해당 관측은 2017년 4월5일부터 열흘간 6개 대륙에서 8개 망원경이 참여해 진행됐다. 같은 시각, 서로 다른 망원경을 통해 들어온 블랙홀의 전파신호를 컴퓨터로 통합 분석해 이를 역추적하는 방식으로 블랙홀의 모습을 담은 영상을 얻었다.

연구진은 앞으로 국제전파천문학연구소 천문대, 그린란드 망원경, 킷픽 망원경의 참여로 더욱 향상된 민감도를 달성할 수 있을 것으로 기대했다. 이번 관측 결과는 10일 미국 천체물리학저널 레터스(The Astohpysical Journal Letter) 특별판에 6편의 논문으로 발표됐다.

한편, 우리나라는 천문연 소속 연구자 등 8명이 동아시아관측소(EAO) 산하 협력 구성원으로 EHT에 참여했다. 한국이 운영하고 있는 한국우주전파관측망(KVN)과 동아시아우주전파관측망(EAVN)의 관측결과도 본 연구에 활용됐다.

손봉원 천문연 박사는 "이번 결과는 아인슈타인의 일반상대성이론에 대한 궁극적인 증명이며, 블랙홀을 실제 관측해 연구하는 시대가 도래했음을 의미한다"며 "향후 EHT의 관측에 한국의 기여도가 더 높아질 것"이라고 말했다.