이중 블랙홀 비밀 추가 확인…"페타급 데이터 9년간 분석"

블랙홀의 비밀 하나가 추가로 밝혀졌다. 블랙홀에서 뿜어져 나온 충격파와 플라즈마 분출물인 제트의 불안정성이 만나 밝아지는 지점이 처음 관측된 것. 이 자료 분석에만 9년 간 페타급 데이터(노래 2억 5천만곡 정도)가 동원됐다. 한국천문연구원은 EHT(사건지평선망원경) 공동 연구진이 이중 초대질량블랙홀 후보 중 하나인 OJ287 천체의 제트 내부에서 전파되는 충격파를 포착하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 이 충격파는 초대질량블랙홀로부터 불과 0.75광년 떨어진 거리로, 전례 없는 해상도로 제트 구조를 포착했다는 것이 연구진 설명이다. EHT는 전 세계에 산재한 전파망원경을 연결해 지구 크기 가상 망원경을 만들어 블랙홀의 영상을 포착하려는 국제협력 프로젝트다. OJ287은 이중 초대질량블랙홀 시스템을 가진 것으로 추정되는 천체다. 100년 이상 12년 주기로 밝게 빛나는 변화를 보인다. 이중 초대질량블랙홀 시스템 내에서 상대적으로 작은 블랙홀이 더 큰 블랙홀 주변을 공전하면서 블랙홀 강착 원반과 주기적으로 충돌하기 때문에 발생하는 것으로 그동안 추정해 왔다. 이번 연구에서는 약 5일 간격으로 수행된 두 번의 EHT 관측으로부터 OJ287의 제트 구조와 편광각이 변하는 것을 확인했다. 이는 제트 플라즈마와 주변 매질 사이의 속도 차이로 인해 발생하는 불안정성과 제트 내부에서 전파되는 충격파가 상호 작용한 결과로 해석됐다. 편광각은 블랙홀 주변 자기장의 지도를 그리기 위해 측정하는 빛의 진동 방향이다. 연구를 주도한 호세 루이스 고메즈(Jose Luis Gomez) 스페인 안달루시아 천체물리 연구소 박사는 "이러한 반대 방향의 편광각 회전은 전파되는 충격파와 불안정성의 상호작용에 대한 결정적인 증거”라며, “블랙홀 제트에서 이러한 충격파-불안정성 상호 작용을 직접 관측한 것은 이번이 처음”이라고 말했다. 조일제 박사는 “개별 충격파 성분을 공간적으로 분해해 불안정성 파동과의 상호 작용을 지켜보고 있다”며, “단 5일 동안 상당한 변화가 일어나는 것을 관측한 만큼 앞으로 연속적인 모니터링 관측을 수행한다면 나선형 자기장과 제트 불안정성 패턴의 3차원 구조를 모두 지도화할 수 있을 것이고, 이는 제트가 만들어지는 과정과 입자들이 블랙홀 근처에서 어떻게 가속되는 지에 대한 전례 없는 관측적 증거를 제공할 것”이라고 전했다. 한편 관측은 지난 2017년 4월 4일과 10일 사이 이루어졌다. 조일제 박사는 이에 대해 "2017년 관측 결과를 이제야 발표하는 이유는 페타급 데이터를 취합하고, 비행기로 실어 날라야 하는데다 데이터 합성과 분석에도 많은 시간이 소요됐기 때문"이라고 설명했다. 이번 연구에는 ▲아타카마 밀리미터/서브밀리미터 전파간섭계(ALMA) ▲아타카마 패스파인더(APEX) ▲유럽 국제전파천문학연구소(IRAM) 30미터 전파망원경 ▲제임스 클러크 맥스웰 전파망원경(JCMT) ▲대형 밀리미터 망원경(LMT) ▲서브밀리미터 전파망원경 집합체(SMA) ▲서브밀리미터 전파망원경(SMT) ▲남극 전파망원경(SPT) 등 총 8개 망원경이 참여했다. 우리나라는 연구진이 데이터 분석에 참여했다. 참여 연구진은 조일제 선임연구원(천문연, 제2저자)과 손봉원, 김종수, 이상성, 정태현 (이상 천문연), 김재영 (UNIST), 김준한 (KAIST), 박종호 (경희대), 사스차 트리프(Sascha Trippe, 서울대, 이상 공동저자) 연구원 등이다. 연구결과는 천문분야 국제학술지(Astronomy & Astrophysics)에 게재됐다.