국제연구진, 은하병합 직전 쌍둥이 거대 블랙홀 포착

[이데일리 김혜미 기자] 우리나라 연구팀이 참여한 국제 공동연구진이 45억광년 떨어진 은하의 중심부에서 쌍둥이 블랙홀을 찾아냈다. 두 개의 은하가 충돌한 뒤 다시 하나의 블랙홀로 진화하기 직전의 블랙홀을 포착한 것은 이번이 처음이다.

12일 미래창조과학부에 따르면 우종학 서울대 물리천문학부 교수팀은 독일과 미국 공동연구자와 협력해 충돌 후 병합되기 직전의 두 은하 중심부에 자리한 블랙홀을 포착해냈다.

그동안 학계에서는 두 은하가 충돌하면 각각의 은하 중심부에 있던 서로 다른 두개의 블랙홀도 충돌해 하나로 합쳐질 것으로 예측됐다. 그러나 블랙홀은 빛을 방출하지 않아 검출이 어렵고 합쳐지기 직전의 쌍둥이 블랙홀은 서로 가까이 있어 구분이 어려워 확인하기가 어려웠다.

연구팀은 칠레 북부 소재 유럽남천문대의 구경 8.4미터 거대망원경과 허블 우주망원경 자료를 이용해 쌍둥이 블랙홀을 찾아내는 데 성공했다. 연구팀은 허블우주망원경 영상자료에서 은하의 중심부에 두 개의 핵이 있다는 사실을 확인하는 한편 유럽남천문대의 거대망원경을 이용해 은하의 중심부에서 일어난 가스 운동을 공간적으로 추적하는 방식을 이용했다. 블랙홀은 가스가 유입되면 막대한 에너지가 빛으로 방출돼 존재를 확인할 수 있다.

그 결과 두 개의 핵에 해당하는 위치에서 각각 다른 속도성분을 가진 이온화된 가스가 존재하는 것이 검출됐다. 이는 은하 중심의 각각의 핵에 활동성 블랙홀이 존재하고, 블랙홀이 내는 에너지를 통해 이온화된 가스 성분이 존재한다는 의미다.

이번 연구는 특히 한 대학생의 우연한 발견으로 시작돼 눈길을 끈다. 연구팀에 따르면 지난해 서울대 물리천문학부 2학년에 재학 중이던 조호진 군은 분광자료를 연구하다가 우연히 방출선에 두 개의 속도성분이 있음을 발견하게 됐다.

한편 이번에 발견된 쌍둥이 블랙홀은 서로 2600광년 거리에 떨어져 있다. 우 교수는 “두 개의 쌍둥이 블랙홀이 수 억년 뒤 수 광년 거리만큼 가까워지고, 결국 충돌을 통해 하나의 블랙홀로 재탄생할 것으로 예상된다”고 말했다.

이번 연구성과는 영국 왕립천문학회지 온라인판 11월11일자에 게재됐다.

엑스선을 방출하는 쌍둥이 블랙홀의 모습이 NGC-6240 은하 중심에 포착된 모습. 붉은 색은 병합 초기 단계에 있는 은하에 분포하는 고온가스들이 내는 엑스선, 푸른색은 은하 중심부의 쌍둥이 블랙홀이 각각 방출하는 강한 엑스선을 나타낸다.(미래부 제공)