"태양의 225배"…블랙홀 2개 합쳐져 역대 최대 블랙홀 탄생 [우주로 간다]

과학자들이 사상 최대의 블랙홀 합병을 발견했다고 우주과학매체 스페이스닷컴이 14일(현지시간) 보도했다. 이 거대한 블랙홀 합병은 2023년 11월 23일 미국, 이탈리아, 일본에 위치한 세 개의 고감도 레이저 간섭계 '라이고-비르고-카그라(LIGO-Virgo-KAGRA, LVK) 협력단'이 관측한 것이다. 당시 두 블랙홀이 충돌하면서 시공간이 살짝 흔들리며 발생한 미세한 중력파가 지구까지 도달했다. 'GW231123'이라고 명명된 이 블랙홀 합병은 태양 질량의 100배와 140배에 달하는 원시 블랙홀이 합쳐지면서 생겨났다. 이 둘은 오랜 시간 서로를 향해 회전하다 충돌했고 이를 통해 태양의 225배에 달하는 블랙홀로 다시 태어났다. 사라진 질량은 에너지로 전환돼 격렬한 파동처럼 퍼져 나가는 중력파를 발생시켰다. GW231123 이전까지 관측된 대규모 블랙홀 합체는 2021년에 발생한 'GW190521'로 당시 태양 질량의 140배에 달한다고 알려졌다. 이번 연구 결과는 14일 영국 스코틀랜드 글래스고에서 열린 제24회 일반 상대성 이론과 중력 국제 학술대회(GR24)와 제16회 에도아르도 아말디 중력파 학술대회에서 발표됐다. LVK 협력 연구원이자 영국 카디프 대학교 마크 해넘 교수는 "이것은 중력파를 통해 관측된 가장 거대한 블랙홀 쌍성이며, 블랙홀 형성에 대한 우리의 이해에 진정한 도전을 제시한다"며, "이처럼 거대한 블랙홀은 일반적인 항성 진화 모델에서는 관측이 불가능하다”고 밝혔다. 이유는 보통 태양 질량의 100배가 넘으면 블랙홀이 되기 전 별이 폭발하기 때문이다. “한 가지 가능성은 이번에 합병된 두 블랙홀이 이전에 작은 블랙홀들이 여러 개 합쳐지면서 형성되었다는 것"이라고 밝혔다. GW231123이 관심을 끄는 이유는 커다란 규모 때문 만은 아니다. 연구진이 포착한 신호에 따르면 블랙홀 합병 이전에 적어도 하나의 원시 블랙홀은 아주 빠르게 회전하고 있었던 것으로 보인다. 영국 포츠머스 대학 찰리 호이는 "이번 블랙홀은 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 허용하는 한계에 가까울 정도로 매우 빠른 속도로 회전하는 것으로 보인다"며, "이로 인해 신호를 모델링하고 해석하기가 어렵다. 이는 우리의 이론적 도구 개발을 촉진하는 데 매우 유용한 사례 연구"라고 밝혔다.