[서울신문 나우뉴스]

우리은하 안에 만도 적어도 1억, 많게는 10억 개의 블랙홀이 있을 것으로 과학자들은 추정하고 있다. 그러나 이들 천체는 빛까지 탈출하지 못하게 붙잡아두는 특성으로 인해 좀처럼 발견하기가 쉽지 않다.

최근 연구자들은 이 블랙홀을 보다 쉽게 발견할 수 있는 새로운 기법을 개발해냈다. 가스 구름의 기묘한 운동 행태를 분석함으로써 블랙홀의 존재를 알아내는 방법이다. 연구자들은 이 방법을 적용해 우리은하 내의 숨은 블랙홀이 있는 위치를 잡아내는 신호를 포착했다고 밝혔다.

일본 게이오 대학의 연구자들은 지구에서 1만 광년 거리에 있는 초신성 잔해 W44 주위의 분자 구름에 대해 최초로 측정을 시작했다. 여기에는 칠레의 ASTE 망원경과 노베야마 라디오파 관측소의 45-m 라디오파 망원경이 이 관측을 위해 동원되었는데, 두 망원경은 일본 국립천문대에 의해 작동되었다.

연구진은 초신성 폭발에서 나온 에너지가 주변의 분자 구름에 얼마나 전이되었는가를 측정할 계획이었다. 이 측정과정에서 그들은 초신성 잔해 가장자리에서 ‘떠돌이’ 블랙홀이 있다는 신호를 포착했다. ‘불렛'(Bullet)이라고 불리는 조밀한 분자 구름이 기묘한 운동양태를 보이는 것을 발견한 것이다.

구름의 속도는 초속 100km가 넘었는데, 이는 성간 공간에서의 음속에 비해 두 자릿수 이상 빠른 속도였다. 구름은 우리은하의 회전방향과는 반대로 움직이고 있었다.

연구진은 두 망원경으로 이 기묘한 구름을 움직임을 관측한 결과, 문제의 구름이 엄청난 운동 에너지를 가지고 있다는 사실을 알아냈다. 그 구름은 마치 W44의 끄트머리에서 발사되듯이 튀어나온 것처럼 보였다.

마사다 야마다 연구원은 “조밀한 불렛 구름은 대부분 초속 50km의 속도로 확장되는데, 문제의 불렛 구름은 초속이 무려 120km가 넘는다”면서 “이같이 엄청난 운동 에너지는 초신성 폭발이 가져다 준 에너지의 수십 배나 된다. 정상적인 환경에서는 이런 에너지가 도저히 나올 수 없다”고 밝혔다.

이 같은 현상이 일어날 수 있는 이유로는 대략 두 가지의 경우를 들 수 있다고 연구진은 설명한다. 여기에는 둘 다 미지의 중력을 행사하는 블랙홀이 개입되어 있다.

한 시나리오는 ‘폭발 모델’로 불리는 것으로, 초신성 잔해인 가스층이 블랙홀 근처로 접근하는 경우다. 블랙홀이 그 가스 뭉치를 끌어당겨 폭발시킴으로써 엄청난 운동 에너지를 만들어내는 경우다. 연구진은 그 블랙홀이 태양 질량의 3.5배 이상 되는 것으로 추정하고 있다.

또 다른 시나리오는 ‘돌입 모델’로, 고밀도의 가스 구름 속으로 블랙홀이 고속으로 진입하는 경우다. 이럴 경우, 가스 구름이 블랙홀의 중력이 이끌려 하나의 빠른 흐름을 형성한다. 이 같은 현상을 일으키려면 블랙홀의 질량이 태양 질량의 36배는 넘는 것이어야 한다.

연구진은 위의 두 가지 경우 중 어느 것이 정답인지 아직가지 결론을 내리지 못하고 있다. 도모하루 오카 교수는 “이번 연구로 우리는 ‘떠돌이’ 블랙홀을 발견할 수 있는 방법을 알아냈다”고 말했다.

연구진은 추가 연구를 위해 칠레의 아타카마 사막에 있는 ALMA 전파 망원경 같은 전파 간섭계를 사용해 두 시나리오에 대한 검증에 들어갈 예정이다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

출처: 서울신문