국제공동연구진 빛의 고리 밝기 변화 최초 관측
질량에 따른 크기는 불변, 일반상대성이론 입증
기사승인 2024-01-18 17:06:37
우리나라 천문학자들이 참여하는 국제공동연구진이 블랙홀 그림자와 고리를 또 다시 포착하는데 성공했다.
한국천문연구원(이하 천문연)은 M87 은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀의 그림자와 빛의 고리 구조를 담은 이미지를 18일 공개했다.
18일 공개된 M87 블랙홀. 한국천문연구원 이번 이미지는 2018년 관측 데이터를 분석한 결과로, 앞서 2017년 관측데이터를 분석해 2019년 인류 역사상 최초로 공개한 블랙홀 이미지의 1년 후 모습이다.
이번 관측에서 공동연구진은 2018년 포착한 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기가 첫 관측인 2017년 데이터와 일치한 것을 확인하며 일반상대성이론 결과를 입증했다.
블랙홀의 그림자와 빛의 고리 크기는 블랙홀 질량에 의해 결정되는데, 초대질량 M87 블랙홀은 질량이 매우 느리게 증가하기 때문에 인류의 역사보다 긴 시간이 지나도 인간은 질량 변화를 감지할 수 없어야 한다.
때문에 아인슈타인의 일반상대성이론에 따라 이번 관측은 2017년 확인한 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기에 변화가 없어야 하고, 이번 관측 결과도 이와 같았다.
반면 공동연구진은 고리 구조의 밝기의 정도와 위치 변화를 관측했다.
이번 관측 데이터를 분석한 결과 블랙홀의 그림자 부분과 고리 크기는 거의 일치하지만 고리에서 가장 밝은 부분의 위치가 변한 것을 확인했다.
변화된 부분의 크기는 무려 빛의 속도로 4일 동안 가야 하는 거리에 해당한다.
M87 블랙홀 고리의 크기 비교. 한국천문연구원 공동연구진은 이 같은 고리구조의 밝기 분포변화가 블랙홀 주변 플라즈마에 존재하는 난류 등의 효과 때문으로 분석했다.
이번 관측으로 공동연구진은 블랙홀 주변 물질유입과 방출 과정에 대해 향후 더 큰 실마리를 찾을 수 있을 것으로 내다봤다.
(a)블랙홀 주변을 지나가는 광자들의 궤적을 나타낸 그림 (b) 컴퓨터 시뮬레이션으로 만든 블랙홀 이미지. 한국천문연구원 이번 관측에는 사건의지평선망원경(EHT, Event Horizon Telescope) 9대가 참여했다.
EHT는 2017년 8대를 시작으로 2018, 2021, 2022년 M87 블랙홀을 관측했고, 올해는 천문연이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN, Korean VLBI Network)이 참여해 블랙홀 연구에 보다 정확한 데이터를 제공할 것으로 기대된다.
EHT 위치. 한국천문연구원 KVN은 서울 연세대, 울산 울산대, 제주 서귀포, 강원 평창에 각각 설치한 21m 전파망원경 4기로 구성된 초장기선간섭계(VLBI: Very Long Baseline Interferometry) 관측 시스템으로, 블랙홀, 활동성 은하핵, 별 탄생과 사멸 등 우주의 초미세 구조를 세밀하게 관측할 수 있다.
한국우주전파관측망(KVN) 평창망원경. 한국천문연구원 이번 블랙홀 영상화팀 공동 리더인 천문연 소속 조일제 박사는 "블랙홀 영상화는 페타바이트의 방대한 자료를 과학연구에 필요한 영상으로 변환하는 중요하고 어려운 과정이 필요하다”며 “이를 통해 1년 만에 블랙홀 고리의 변화를 확인해 의의가 크다”고 설명했다.
