5천5백광년 떨어진 은하 초거대 블랙홀 자기장 변화 첫 포착

전세계 연결한 사건지평선망원경 이미지, 국내서 개발한 SW로 분석

지구에서 5천5백 광년 떨어진 은하에서 초거대 블랙홀 자기장 변화가 세계 처음 관측됐다.

우주항공청과 한국천문연구원은 국내 연구진이 참여한 국제 공동 연구 프로젝트 '사건지평선망원경(EHT)'를 통해 메시에 87(M87) 은하 중심 초대질량 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조를 다시 관측했다고 16일 밝혔다.

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

블랙홀 자기장 변화 이미지. 사건지평선망원경으로 3회에 걸쳐 M87을 관측한 변화상으르 나타낸다.

또 메시에 87은 지구에서 약 5천 500만 광년 떨어진 처녀자리 은하단 중심 근처에 있는 거대한 타원 은하로, 중심에 초대 질량 블랙홀을 보유했다.

이번 이미지는 지난 2021년 관측 자료다. 인류 최초 블랙홀 사진을 공개한 2017년과 그 이듬해 2018년 자료에 이어 3년 후의 블랙홀 모습을 보여준다. 블랙홀 단일 관측은있었어도 변화를 분석, 관측하기는 이번이 처음이다.

이 프로젝트에는 국내에서 천문연, 경희대, UNIST 등이 참여했다.

이들은 블랙홀 주변 자기장 모습의 변화를 분석하는 과정에서 직접 개발한 소프트웨어를 활용, EHT팀에 크게 기여 했다.

연구팀은 블랙홀 그림자(중심 검은 부분)와 그 주변 빛의 고리 크기는 일정했으나, 빛의 고리 방향, 즉 블랙홀 주변 자기장의 나선형 모양이 연도별로 변하는 것을 확인했다.

지난 2021년에는 자기장 회전 방향이 2017년과 반대로 나타났다. 이 같은 자기장 변화는 빛을 방출하는 영역 내부 자기장 구조와 주변 물질에 의한 영향이 복합적으로 작용한 결과로 해석된다.

천문연 손봉원 책임연구원은 "블랙홀 부근의 물질이 매우 역동적으로 움직이고 있음을 보여주는 것"이라며 "기존 이론을 보완할 추가 연구가 필요하다"고 언급했다.

EHT는 2026년 세계 최초로 블랙홀의 단기간 변화를 관측, 동영상화하는 프로젝트를 진행할 계획이다. 이들 프로젝트에는 천문연이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN)도 직접 참여할 계획이다.

블랙홀의 구조 (자료=EHT)

손 책임은 "블랙홀 이미지는 현재 연간 1장 수준으로 포착하고 있으나, 내년에는 3개월간 집중 관측을 통해 2주당 1장 수준으로 이미지를 얻을 것"으로 예상했다.

우주청 강경인 우주과학탐사부문장은 “이번 성과는 블랙홀이라는 우주의 극한 환경을 이해하는 데 한 걸음 더 다가선 중요한 결과”라며, “앞으로도 세계적 수준의 우주 관측연구를 통해 인류의 지식 지평을 넓히고, 대한민국이 우주과학을 선도할 수 있도록 적극 지원해 나갈 것"이라고 말했다.