태양보다 2천200배 무거운 블랙홀 발견…"'중간형'은 이례적"

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미국·호주 등 국제연구진 성과 "블랙홀 기원 연구의 단서 제공" 지구에서 1만3천 광년 떨어진 곳에서 태양 질량보다 2천200배 무거운 블랙홀이 발견됐다.

지금껏 보고된 블랙홀은 대부분 별이 죽어서 생긴 '소형'(별질량블랙홀)이거나 태양 수십만∼수십억 개의 질량에 맞먹는 '초대형'(거대질량블랙홀)인데, 이들 사이의 질량을 가진 '중간형'(중간질량블랙홀)이 발견된 것은 이례적인 일이다.

태양 질량의 2천200배에 달하는 중간질량블랙홀을 표현한 그림. [CfA/M. Weiss 제공=연합뉴스]

미국 하버드-스미스소니언 천체물리센터와 호주 퀸즐랜드대가 참여한 국제공동연구진은 120억 년 된 나이 든 별들이 모여있는 구상성단 47 투카나(Tucanae)의 중심에서 이 같은 블랙홀을 찾았다고 국제학술지 '네이처'(Nature) 9일 자에 발표했다.

연구진이 전파망원경과 허블망원경에서 얻은 관측 자료를 분석한 결과 47 투카나 성단에서 별의 전반적인 동작이 중심으로 휘몰아친 형태임을 알아냈다. 이들 별의 운동 형태와 중성자별의 분포를 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인한 결과 블랙홀의 존재를 밝힐 수 있었다.

47 투카나 성단은 기존 방법으로는 블랙홀을 찾기가 어려운 곳이다. 흔히 블랙홀은 찾을 때는 블랙홀 주위에 만들어지는 뜨거운 원반에서 나오는 엑스선을 감지하거나 강력한 중력으로 심하게 움직이는 몇 개의 별로 추정하는데, 이 성단은 엑스선 신호도 약하며 별이 밀집돼 있어 일부만 관측하기가 까다롭다.

이번 중간질량블랙홀의 발견은 천문학계의 난제인 '거대질량블랙홀의 기원'을 풀어내는 데 단서를 제공했다는 평가를 받는다. 은하 대부분은 중심부에 거대질량블랙홀이 있는 것으로 알려졌지만, 이렇게 무거운 블랙홀이 어떻게 만들어졌는지에 대해서는 아직 연구가 진행되고 있다.

김민진 한국천문연구원 박사는 "중간질량블랙홀은 거의 관측된 바가 없는데, 이런 블랙홀이 무거운 구상성단에 존재할 수 있음을 보였다"며 "최근 연구에 따르면 우주 초기에 많이 생긴 중간질량블랙홀이 거대질량블랙홀의 씨앗으로 생각되고 있다"고 설명했다. 김 박사 역시 지구에서 3억 광년 떨어진 외부 은하에서 새로운 떠돌이 블랙홀을 발견, 지난 2015년 11월 학계에 보고한 바 있다.

<연합>

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