블랙홀 ‘트림’ 별 형성 막는다 -사이언스誌

지구로부터 먼 은하의 중심에 있는 초질량블랙홀에서 빛의 속도의 ‘3분의 1’(약 10만㎞/s)이라는 엄청난 속도로 사방으로 분출하는 ‘트림’ 같은 바람이 블랙홀 자신의 성장을 물론 근처 별들의 형성을 막게 된다는 연구논문이 세계적인 학술지 ‘사이언스’(Science) 최신호(20일자)에 발표됐다.

영국 킬대 천문학자 에마누엘레 나르디니 박사팀은 유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴 X선 관측위성과 미국항공우주국(NASA)의 누스타(NuSTAR) X선 우주망원경을 사용해 뱀자리에 있는 퀘이사 ‘PDS 456’에서 발생하는 고온의 가스 ‘바람’에 관한 지도를 작성했다.

퀘이사는 지구에서 관측할 수 있는 가장 먼 거리에 있는 천체로, 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 과정에서 발생하는 막대한 양의 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체로서 ‘준성’(準星)이라고도 한다. 이번에 관측된 퀘이사는 지구에서 비교적 가까운 20억 광년 거리에 있다.

따라서 퀘이사를 빛나게 하는 요인은 그 중심에 있는 거대한 블랙홀. 더 정확하게는 블랙홀 주위에 있는 ‘강착원반’이라는 팬케이크 모양의 가스 구름이다. 블랙홀의 주변 물질은 블랙홀로 빨려들어가는 과정에서 맹렬한 속도로 회전하며 중력장에 의해 강착원반을 이루고 이때 발생하는 수백만 도의 초고온이 강렬한 빛을 발하는 것이다.

우리 은하를 포함한 거의 모든 은하 중심 혹은 그 근방의 별들에는 수백만에서 수십억 개분의 질량을 가진 초질량 블랙홀이 존재한다. 하지만 모든 초질량 블랙홀이 퀘이사를 빛내는 것은 아니다.

나르디니 박사는 “이전에도 퀘이사에서 지구 방향으로 분출해 오는 가스를 관측한 사례가 있었지만, 모든 방향으로 분출하고 있음을 증명할 수 있었던 경우는 이번이 처음이다”고 말했다.

연구팀에 따르면, 강착원반에서 나오는 강력한 빛이 이런 바람의 에너지원이 된다. 하지만 가스가 폭발하면 강착원반을 만드는 물질이 부족해져 블랙홀은 새로운 물질을 흡수할 수 없게 되는 것이다.

나르디니 박사는 “이런 바람은 블랙홀의 성장을 제한하고 있다”고 설명한다.

쉽게 블랙홀의 트림으로 부르는 이 바람은 블랙홀 주변의 별들이 성장하는 것도 방해한다. 이는 가스 거품이 퍼져나갈 때 새로운 별을 만들어내는 거대 분자 구름을 밀어내기 때문이다.

퀘이사에서 스스로 별 재료를 밀어내 그 부근에서 별이 형성하는 것을 막는 고온의 가스 거품은 PDS 456뿐만 아니라 다른 어떤 퀘이사에서도 발생할 것이라고 연구팀은 추정하고 있다. 다만, 대부분의 퀘이사는 PDS 456보다 지구로부터 훨씬 먼 거리에 있어 우리가 현재 보고 있는 빛은 우주가 훨씬 더 젊었을 때라는 것이다.

이는 지구 근처에 있는 많은 은하도 젊은 시절에는 퀘이사로서 격렬하게 활동했으나 이번 연구로 밝혀진 것과 같은 과정을 통해 대량의 에너지를 방출하고 차분한 중년의 은하가 됐다는 것이다. 우연히 PDS 456의 진화 시기가 늦어져 이번 발견으로 이어졌다고 할 수 있다.

퀘이사 PDS 456의 외형적 나이는 천문학적으로 자세히 연구할 수 있을 만큼 젊은 ‘살아있는 화석’이라고 한다.

이에 대해 나르디니 박사는 “매우 독특한 존재”라고 말하고 있다.

사진=NASA/ESA

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr