‘다이어트’하는 블랙홀 발견…퀘이사 밝기 변화로 확인 (예일大 연구)

엄청난 식욕을 자랑하는 블랙홀도 때로는 쉴 때가 있는 모양이다. 천문학자들이 ‘다이어트’하는 블랙홀을 발견했다고 사이언스데일리 등 과학매체가 22일(현지시간) 보도했다.

이는 미국 예일대 천문학자들은 먼 우주에서 밝게 빛나는 천체인 퀘이사가 스스로 밝기를 조절하는 것을 처음으로 식별하면서 나온 가설이다.

우주에서 가장 밝고 강력하며 활동적인 천체인 퀘이사는 중심에 블랙홀이 존재한다. 이 블랙홀은 빛조차 흡수할 정도로 중력이 강한데 퀘이사의 빛은 그 영향에서 벗어날 수 있는 ‘사건 지평선’ 외부에 있는 원반으로부터 발생하는 것으로 알려졌다.

지금까지 한 광원으로부터 나오는 퀘이사의 밝거나 어두운 단계 모두를 연구한 경우는 없었다. 예일대가 이끈 연구팀은 수년 전부터 관측돼온 데이터를 비교해 어떤 요인으로 밝기가 6~7단계 흐려진 한 퀘이사를 발견했다.

연구를 이끈 메그(클로디아 메간) 어리 예일대 교수는 “현 시점까지 수십 만 퀘이사를 검토했고 밝기가 어두워진 것을 발견할 수 있었다”면서 “이는 퀘이사 생애에 대해 말할 수 있다”고 설명했다.

이번 연구는 이 대학의 스테파니 라마샤 연구원이 천구 적도 사이에서 있는 ‘스트라이프 82’(Stripe 82)라는 일부 하늘을 조사하는 동안 밝기가 흐려진 퀘이사를 발견하면서 시작됐다.

‘스트라이프 82’는 ‘슬로언 디지털 스카이 서베이’(SDSS)를 비롯한 많은 천문 조사를 통해 검토되고 있다.

라마샤 연구원은 “이 퀘이사는 마치 밝기를 조절하는 스위치 같다. 이는 빛의 근원(블랙홀)이 단지 약해진 것을 의미한다”면서 “퀘이사는 생활 주기가 변하는 것”이라고 설명했다.

이보다 천문학자들에게 더 중요한 점은 퀘이사의 ‘광범위한 방출선’(broad emission lines)이 약화하고 있다는 것이다.

광학 스펙트럼 상에서 이런 광범위한 방출선은 블랙홀에 빨려들어가는 물질로부터 떨어져 나온 에너지로 활성화된 것으로 이는 아직 블랙홀에 흡수되기에는 너무 멀리 있는 가스 원반의 특징이다.

이런 방출선의 변화는 블랙홀이 본질적으로 “다이어트에 들어간 것”이라고 연구팀은 말하고 있다. 그 결과 더 적은 에너지가 발산되고 있다는 것.

디머 스위치를 조절한 것처럼 이런 방출선 대부분이 사라진 것은 퀘이사 모습이 변화했다는 것이다.

연구팀은 최신 광학 스펙트럼 정보와 광학 측광 기록, X선 스펙트럼 정보 등의 다양한 관측 데이터를 분석했다.

또 이들은 가스구름이나 다른 천체가 퀘이사 얖을 지나갈 경우 퀘이사 밝기가 떨어질 수 있다는 가능성도 제외시켰다.

이번 연구결과는 여러 면에서 매우 유용할 수 있다.

우선, 퀘이사 활동의 간헐적 특징에 관한 직접적 정보를 제공하고 특히 이는 블랙홀의 산발적 활동을 암시한다.

어리 교수는 “이는 블랙홀이 어떻게 성장하는지 알아내는 데 영향을 준다”면서 모든 은하는 블랙홀을 가지고 있고 퀘이사는 블랙홀이 휴면기에 들어가기 전에 거쳐야할 단계임을 지적했다.

이어 “이는 오늘날 은하수가 어떻게 이런 모습이 됐는지에 대한 의미를 담고 있다”고 덧붙였다.

게다가, 퀘이사는 다시 불을 켤 수 있어 천문학자들에게 또 다른 변화 모습을 보여줄 수 있다.

라마샤 연구원은 “천문학자들이 50여년간 퀘이사를 연구해 왔더라도, 거의 10년간 블랙홀을 연구한 나 같은 사람은 완전히 새로운 무언가를 찾을 수 있다는 것에 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실릴 예정이다.

사진=Michael Helfenbein/Yale University

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr