[아하!우주] 블랙홀 주변 위태롭게 공전하는 별 S2

영화 인터스텔라에는 거대 질량 블랙홀 '가르강튀아'와 그 주변에 너무 근접해 있어 시간이 느리게 흘러가는 물의 행성 '밀러'가 등장한다. 이 행성에서의 1시간은 지구에서의 7년이다. 물론 실제로 이런 거대 질량 블랙홀에 아주 근접해서 행성이 존재하기는 어렵다. 보통 거대 질량 블랙홀은 은하 중심에 존재하는 데다 주변에서 물질을 빨아들이기 때문이다. 다만 영화적 설정을 위해서 크리스토퍼 놀란 감독은 물리학자 킵 손의 자문을 구해 최대한 과학적인 배경을 만든 것이다. 그런데 과연 비슷한 별이라도 실제로 존재할까?

천문학자들은 지난 수십 년간의 연구를 통해서 우리 은하 중심에 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있다는 사실을 알아냈다. 수만 광년 떨어진 거리에다 주변에 가스와 별이 밀집한 지역이라서 연구에 상당한 어려움이 있었지만, 최신의 관측 기술을 동원하여 블랙홀과 그 주변 구조가 서서히 드러나고 있다.

흥미로운 사실은 이 거대 질량 블랙홀 주변에는 블랙홀에 강력한 중력에 묶어 공전하는 별들이 있다는 것이다. 이들은 블랙홀의 근접거리에서 아슬아슬한 중력의 줄타기를 하면서 공전한다. (조금만 더 가까이 가면 블랙홀에 흡수되어 사라질 것이다) 그중 하나가 과학자들의 이목을 집중시키고 있는데, S2라고 명명된 별이다. S2는 16년 정도를 주기로 블랙홀 주변을 공전하는데, 마치 혜성 같은 길쭉한 타원 궤도를 가지고 있다.

이 별은 2018년에 블랙홀에서 가장 가까운 지점을 지나게 되는데, 이때는 블랙홀에서 엄청나게 가까워져 불과 17광시(light hour·빛으로 17시간 떨어진 거리로 대략 184억km)까지 근접할 것으로 보인다. 그 순간 속도는 광속의 2.5%로 영화 속의 행성처럼 지구와 큰 차이가 나지는 않겠지만, 시간이 천천히 가는 현상이 발생할 것이다. 만에 하나라도 행성이 있고 외계 생명체가 있다면 이들은 우리가 보기에 마치 필름을 천천히 감는 식으로 시간이 변하는 환경에서 사는 셈이다.

물론 S2 주변에 행성이 있는지는 알 수 없다. 무엇보다 별과 가스가 밀집한 지역이고 블랙홀이 가까워서 S2의 운명 역시 풍전등화라고 할 수 있을 것이다. 하지만 과학자들에게는 아인슈타인의 상대성 이론을 다시 검증하고 블랙홀의 중력장을 파악할 수 있는 절호의 기회다. 다만 거리가 워낙 멀다 보니 관측이 쉽지 않은 것이 문제다.

유럽남방천문대(ESO)는 이 한계를 극복하기 위해 8.2m 구경의 VLT 망원경 4대를 그래비티(GRAVITY)라고 명명한 강력한 적외선 간섭계로 묶었다. 이 장치 덕분에 특정 파장대에서 마치 130m 구경의 단일 망원경 같은 분해능을 확보할 수 있다. 2016년에 설치된 그래비티는 블랙홀 근접을 2년 앞둔 올해 여름부터 S2를 관측한다. (사진) 비록 영화에서처럼 멋진 사진은 아니지만, 이 별이 알려줄 물리학의 비밀은 작지 않을 것이다.

사진=ESO

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com