블랙홀이 보이기 시작했다. (블랙홀의 그림자 관측)

 

 

 블랙홀은 중력이 너무 강해서 빛조차 탈출할 수 없는 천체입니다. 블랙홀의 경계면을 사건의 지평선이라고 하는데, 이 안쪽으로 들어가면 다시 나올 수 없습니다. 블랙홀에 의해 왜곡된 빛이 블랙홀의 윤곽을 드러내는데, 이 윤곽 안쪽의 어두운 부분을 '블랙홀의 그림자’라고 합니다. 블랙홀의 그림자를 알게 되면 사건의 지평선 크기를 가늠할 수 있고 이를 통해 블랙홀 크기와 질량을 계산하는 것도 가능합니다.

블랙홀의 그림자를 관측하는 것은 매우 어려운 일입니다. 블랙홀은 빛을 반사하지 않기 때문에 직접 관측할 수 없고, 주변의 물질과 상호작용하는 모습을 통해 간접적으로 파악할 수 있습니다. 2019년 4월 10일, 사건지평선 망원경 (EHT) 연구팀은 처녀자리 A 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 그림자에 해당하는 광자고리 (photon rings)를 사상 최초로 공개했습니다. 이 영상은 지구 전역에 흩어진 8대의 전파망원경들을 동시에 써 사실상 지구 크기의 전파망원경을 쓴 것과 같은 효과를 낸 것입니다. 광자고리는 한쪽이 더 밝은 초승달 형태로 나타났는데, 이는 아인슈타인이 일반상대성이론에서 예측한 모습과 일치합니다.

2023년 4월 27일, GMVA+ALMA 연구팀은 처녀자리 A 은하의 블랙홀을 동시에 관측해 바깥쪽 강착원반 (accretion disk)의 모습을 처음으로 확인했습니다. 강착원반은 블랙홀로 낙하한 물질이 주변에서 압축된 상태로 회전하는 것입니다. 이번 연구에서는 파장이 긴 3.5㎜ 전파를 관측해 광자고리보다 바깥쪽의 강착원반에서 나온 빛까지 포착했습니다. 이제까지 블랙홀의 강착원반에 대해 간접적 증거는 나왔지만, 실제 구조를 영상화한 적은 없었습니다. 이번 연구는 최초로 M87 블랙홀의 그림자와 함께 제트 (jet)도 동시에 포착했습니다. 제트는 블랙홀이 물질을 흡수하면서 강력한 자기장이 생기고, 일부가 블랙홀 밖으로 뿜어져 나오는 것입니다. 이번 연구는 블랙홀이 강한 중력으로 주변 물질을 흡수할 뿐만 아니라 빠른 속도로 움직이는 제트를 만들어 블랙홀로부터 멀리 떨어진 별과 은하들의 진화에도 영향을 줄 수 있음을 보여주었습니다.

블랙홀의 그림자를 관측하는 것은 블랙홀의 실체와 성질을 이해하는데 중요한 역할을 합니다. 블랙홀 연구는 일반상대성이론의 검증과 우주의 기원과 진화에 대한 힌트를 제공합니다. 또한, 블랙홀은 별과 은하의 진화에 영향을 주고, 퀘이사와 같은 강력한 에너지원을 만들기도 합니다. 블랙홀의 그림자 관측은 블랙홀 연구에 새로운 장을 열었습니다.

 

(블랙홀의 그림자 관측의 의미)

블랙홀의 그림자를 관측하는 것은 블랙홀의 실체와 성질을 이해하는데 중요한 의미가 있습니다. 블랙홀의 그림자는 블랙홀의 크기와 질량을 알 수 있게 해주고, 일반상대성이론의 예측과 일치하는지 확인할 수 있게 해줍니다. 또한, 블랙홀의 그림자를 관측하면 블랙홀 주변의 강착원반과 제트와 같은 복잡한 현상들을 연구할 수 있습니다. 이러한 연구는 우주의 기원과 진화에 대한 힌트를 제공하고, 은하와 별의 진화에 영향을 주는 블랙홀의 역할을 밝혀줍니다