천문연 포함 국제공동연구진, M87블랙홀 다시 포착

[이데일리 강민구 기자] 우리나라 연구진이 참여한 국제 공동 연구진이 ‘사건지평선 망원경(EHT)’으로 M87 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 그림자와 빛의 고리 구조를 다시 포착했다.

M87 블랙홀 이미지를 2017년 4월 관측한 결과 (왼쪽)와 2018년 4월 관측 결과(오른쪽).(사진=한국천문연구원)

연구진이 지난 2018년 포착한 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기는 2017년에 포착한 일치했다. 하지만, 고리 구조의 가장 밝은 부분의 위치에 차이가 있었다. 아인슈타인 일반 상대성 이론에 의하면 블랙홀 고리 구조의 크기는 시간이 흐름에 따라 일정하게 관측될 것으로 예상되지만 고리 구조의 밝기 분포는 블랙홀 주변 플라즈마에 존재하는 난류 등의 효과로 인해 변할 수 있다.

블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기는 블랙홀의 질량에 의해서 결정되는 것으로 알려졌다. M87 블랙홀의 질량은 천천히 증가하는 것으로 알려져 있기 때문에 인류 역사보다 긴 시간이 지나더라도 질량에는 거의 변화가 없다.

만약 2017년에 관측한 블랙홀 그림자와 빛의 고리 구조 크기가 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측된 구조라면 다시 관측을 했을 때 해당 구조의 크기의 변화가 없어야 한다.

연구진은 2017년과 2018년 관측 영상을 비교·분석해 일반 상대성 이론 및 M87 블랙홀의 존재를 다시 한번 검증했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 후속 연구를 통해 고리 구조의 밝기 변화를 분석했다.

이번 관측에는 2018년 새로 참여한 그린란드 망원경을 활용했다. 기존 8대의 EHT에 신규 망원경이 추가되고 자체 망원경 성능도 향상돼 블랙홀 영상의 정확도를 높였따.

EHT는 2017년을 시작으로 2018, 2021, 2022년에 M87을 관측했으며 2024년에도 관측을 할 예정이다. 올해는 천문연이 운영하는 한국우주전파관측망(KVN)이 관측에 직접 참여한다. 연구진은 KVN 참여로 더 정확한 블랙홀 영상을 얻을 수 있으리라고 기대했다.

조일제 블랙홀 영상화팀 공동 리더(한국천문연구원 박사후연구원)는 “블랙홀 영상화는 페타바이트에 달하는 방대한 관측 자료를 과학연구에 필요한 영상으로 변환하는 중요한 과정”이라며 “이번 영상화 과정에서 한국 연구자들이 영상화팀의 공동 리더를 맡아 거대 국제 협력 프로젝트에서 주도적인 역할을 했다”고 말했다.

박종호 블랙홀 영상화팀 공동 리더(경희대 우주과학과 교수)도 “이번 결과는 2017년에 발표된 최초의 M87 블랙홀 이미지를 다시 한번 검증했을 뿐만 아니라, 1년이라는 짧은 시간 동안 변하는 고리의 모습을 포착했다는 점에서 의의가 있다”며 “해당 결과는 지속적인 블랙홀 관측의 중요성을 보여주고 있다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 국제학술지 ‘Astronomy & Astrophysics’의 올해 1월호에 게재될 예정이다.