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우리 은하의 중심부 블랙홀 사상 최초로 촬영 성공.. 아인슈타인 예측이 맞았다.
2022년 05월 13일 (금) 16:17:43 | 수정시간 : 2022-05-28 13:36:23 신우승 s200813096@nate.com
   
관측된 궁수자리 A 블랙홀 이미지. 중심의 검은 부분은 블랙홀과 블랙홀을 포함하는 그림자이고, 고리의 빛나는 부분은 블랙홀의 중력에 의해 휘어진 빛이다. / 사진 = 한국천문연구원·EHT 제공

우리은하 중심부에 있는 초대질량 블랙홀의 모습이 인류사상 처음으로 공개됐다.

국제블랙홀연구협력집단인 ‘사건지평선망원경’(EHT) 연구팀은 12일(한국시각) 밤 10시에 “사건지평선망원경으로 우리은하 중심에 있는 초대질량 천체인 ‘사지-에이-스타’(Sgr A*·궁수자리 A*)를 관측했다”고 밝히며 영상을 공개했다.

두 이미지는 빛의 고리 속에 블랙홀이 자리 잡은 검은 속이 나타나는 등 비슷한 모양으로 나타났다. 천체의 크기와 질량, 우주에서의 위치가 다른 블랙홀의 모양이 비슷하다는 것이 확인되면서 블랙홀의 형태를 예측한 아인슈타인의 일반상대성이론이 더욱 정확하다는 결론에 이르렀다.

한국을 포함해 미국, 유럽, 일본, 남미, 아프리카 등의 연구자로 구성된 ‘사건지평선망원경(EHT·Event Horizon Telescope)’ 국제공동연구팀은 12일 우리은하 중심에 위치한 초대질량 블랙홀 궁수자리 A 이미지를 발표했다. 궁수자리 A 블랙홀은 2019년 관측된 초대질량 블랙홀 M87에 이어 EHT 팀이 촬영한 두 번째 블랙홀이다.

세계 과학자 300여명이 참여하고 있는 연구팀에 한국에서는 한국천문연구원(천문연)과 경북대, 서울대, 연세대 등 7개 기관과 9명의 과학자가 참여했다.

사건지평선망원경연구팀은 지난 2019년 4월10일 처녀자리은하단 중심부의 거대은하 M87 중심에 있는 초대질량 블랙홀(Vir A*)을 관측한 영상을 공개한 바 있다. 이런 연구 성과를 토대로 2020년에는 블랙홀을 발견한 공로로 로저 펜로즈 영국 옥스퍼드대 교수 등 3명의 천문학자들이 노벨물리학상을 받았다.

궁수자리 A 블랙홀은 지구에서 2만7천광년 떨어져 있다. 블랙홀을 영상으로 관측한다는 것은 달 위에 놓여 있는 도넛을 지구에서 보는 것과 같다. 연구팀은 이 영상을 얻으려 그린란드에서 남극에 이르기까지 전 지구에 걸쳐 전파망원경 8개를 연결해 지구 규모의 가상 망원경을 만들었다.

블랙홀은 질량이 극도로 압축돼 아주 작은 공간에 밀집한 천체다. 우주에서 가장 빠른 존재인 빛조차 빠져나가지 못할 정도로 중력이 강하다. 지구에서 5500만 광년 떨어진 초대질량 블랙홀 M87의 그림자를 관측해 공개하며 빛의 고리 안쪽에 존재하는 블랙홀의 모습이 처음으로 드러났다. 이는 주변 빛이 중력에 휘어 둥글게 만들어진 속에 내부 빛이 빠져나오지 못해 형성된 공간인 블랙홀의 ‘그림자’를 본 것이다.

EHT는 3년 만에 지구에서 가장 가까운 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A의 이미지도 공개했다. 지구에서 2만7000광년 떨어져 있으며 질량은 태양의 430만 배다.

궁수자리 A는 지구와의 거리가 M87의 2000분의 1 수준으로 가깝지만 질량이 1600분의 1에 불과해 관측이 더 까다롭다. 질량이 작을수록 블랙홀의 바깥 경계인 사건지평선 크기도 작아져 관측이 훨씬 어렵다. M87의 질량이 태양의 65억 배로 사건지평선 크기가 약 400억 km인 데 비해 궁수자리 A의 사건지평선 크기는 2500만 km에 그친다.

손봉원 천문연 책임연구원은 “M87은하 블랙홀과 우리은하 궁수자리 A 블랙홀이 서로 다른 환경과 서로 다른 질량임에도 비슷하게 보인다는 사실, 같은 방식으로 설명할 수 있다는 점을 확인했다는 점에 이번 발견의 의의가 있다”고 말했다. 김재영 경북대 천문대기과학과 교수는 “아인슈타인의 일반상대성이론이 재입증된 연구 성과”라고 표현했으며, 제프리 바우어 대만 천문학및천체물리학연구소 연구원은 “블랙홀 고리의 크기가 아인슈타인의 일반상대성 이론 예측과 상당히 부합했다”고 했다.

과학계에서는 이번 발견이 우리은하 생성의 비밀을 풀 열쇠가 될 것으로 기대하고 있다. 빠르게 변하는 블랙홀 그림자를 포착한 만큼 블랙홀로 물질이 빨려 들어가는 과정도 직접 관측할 수 있을 것으로 전망된다. M87과 궁수자리 A 블랙홀을 비교하면 블랙홀에서 물질이 방출되는 ‘블랙홀 제트’ 같은 현상의 물리적 기원을 이해할 수도 있다는 기대도 나온다.

연구팀의 관측 결과는 오늘(13일) 발간된 <천체물리학저널> 특별호에 실렸다.

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