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괴물 블랙홀 대상 첫 실험…아인슈타인 ‘중력이론’ 입증

입력 : 2017.08.10 10:29 ㅣ 수정 : 2017.08.10 10:29

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▲ 우리은하 중심에 있는 초질량 블랙홀과 거성 S2의 위치. 칠레 유럽 남천천문대 VLT로 찍은 근적외선 사진. 오렌지색 십자 표시가 블랙홀 위치다. (사진=ESO/MPE/S. Gillessen et al.)



독일과 체코의 한 천문학자 그룹이 우리은하 중심에 있는 초질량 블랙홀 근처의 한 성단 속에서 기묘한 움직임을 보이는 세 개의 항성을 관측했다고 9일(현지시간) 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 보도했다.

연구자들은 칠레에 있는 초거대망원경을 이용해 이 세 별이 블랙홀 주위에서 어떤 움직임을 보이고 있는가를 면밀히 추적했다.



이 중 하나의 별인‘S2’는 궤도에서 약간 벗어나는 움직임을 보이는데, 이는 상대성이론에 따른 효과일 것으로 연구자들은 보고 있다. 만약 이 관측 결과가 사실로 확인된다면, 아인슈타인의 일반상대성이론이 극단적인 상황, 곧 태양질량의 400만 배에 이르는 블랙홀이 만드는 엄청난 중력장에서도 유효하다는 것을 뜻한다.

일반상대성이론에 따르면, 거대 질량체는 주위의 시공간을 왜곡시키고, 빛의 경로는 왜곡된 시공간을 따라 휘어지며, 천체 역시 왜곡된 시공간에 의해 궤도를 약간 이탈하게 된다.

“지금까지 이루어진 상대성이론에 대한 실험은 거의 태양을 대상으로 한 것으로, 태양질량의 1배 또는 기껏해야 2,3배를 넘지 못하는 질량체를 대상으로 한 실험이었다"고 설명하는 연구팀장 안드레아스 에카르트 쾰른 대학 실험물리학 교수는 “레이저 간섭계 중력파관측소(LIGO)에서 한 실험은 태양질량의 수십 배 정도였다”고 밝혔다.

▲ 우리은하 중심에 있는 초질량 블랙홀 주위를 돌고 있는 세 별 상상도. 세 별의 움직임에서 아인슈타인의 일반상대성이론이 예측한 시공간 왜곡현상이 보이고 있다고 연구진이 밝혔다. (사진=ESO/M. Parsa/L. Calçada)



연구팀이 관측한 세 별은 블랙홀에 너무나 근접해 있어서 광속의 1~2%나 되는 고속으로 움직이고 있었다. 세 별과 블랙홀이 거리는 겨우 지구-태양 간 거리의 100배(100천문단위)를 넘지 않은 것으로 밝혀졌는데, 이는 은하적인 스케일에서 보면 놀랄 정도로 근접한 것이라고 에카르트 교수는 설명한다. 참고로, 명왕성은 태양에서 평균 39천문단위 거리의 궤도를 돌고 있으며, 1천문단위는 약 1억 5000만㎞다.

이번 블랙홀 근접 항성들이 보이는 움직임을 정밀하게 관측한 것은 상대성이론 검증 사상 최초의 실험으로, 초질량 블랙홀 주변의 시공간이 굽어 있음을 보여주는 것이다.

그러나 아직 시공간의 왜곡 정도를 정확히 파악한 것은 아니라고 밝히는 에카르트 교수는 앞으로의 연구에서 보다 명확한 결론을 이끌어낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다음 연구에서는 분광사진술을 이용해 S2 별의 움직임을 보다 정밀하게 파악할 계획이라고 한다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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