[아하! 우주] ‘블랙홀 미스터리’가 풀렸다 - 시공간을 꿀처럼 휘젓다

블랙홀에 관한 한 미스터리가 30년 만에 풀려 화제가 되고 있다고 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 지난 30일(현지시간) 보도했다.

이 블랙홀 미스터리는 지난 1980년 대에 처음 등장했다. 천문학자들이 기묘한 패턴으로 X선을 방출하는 항성 질량의 작은 블랙홀을 발견한 것이 계기가 되었다. X선은 처음 몇 초 단위로 깜박거렸다. 그런데 명멸 주기가 차츰 짧아지더니 몇 달 후에는 완전히 사라지고 말았다.

이 '준주기 진동'(quasi-periodic oscillation;QPO)에 대해 과학자들은 일찍이 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 예측했던 현상으로 받아들였다. 곧, 블랙홀 같은 거대 질량을 가진 천체가 축을 중심으로 회전할 때 주위의 시공간을 왜곡시키는 현상을 말한다.

과학자들이 나중에 계산해본 결과, 이러한 중력의 나선화가 블랙홀 주위의 궤도를 도는 입자들을 준주기 진동의 상태로 몰아간다는 결론을 도출해냈다.

이번 연구의 대표저자인 애덤 인그럼 암스테르담 대학 교수는 “그것은 마치 꿀을 숟가락으로 휘젓어 꿀이 비틀리게 하는 것과 비슷하다"면서 "시공간이 바로 꿀처럼 되는 것으로 이 꿀 속에 무엇이든 떨어지면 휘젓는 숟가락을 따라 질질 끌려가게 된다"고 설명했다. 이어 “이는 곧 왜곡된 블랙홀 주위의 공간을 도는 물질은 그 영향을 받는다는 뜻”이라고 덧붙였다.

준주기 진동이 비록 아인슈타인이 예측한 것과 비슷하게 맞아 떨어진다고는 하지만 지금까지 명확한 증거는 발견되지 않고 있었다.

유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴 우주선과 미 항공우주국(NASA)이 블랙홀을 추적하기 위해 우주로 쏘아올린 위성망원경 ‘누스타’(Nuclear Spectroscopic Telescope Array; NuSTAR)의 관측에 의해, 블랙홀에 가까운 주위를 도는 물질은 주름진 시공간의 통로를 따라 특이한 움직임을 보이는 것으로 밝혀졌다.

두 기구의 탐사선들은 먼지와 가스체로 이루어진 블랙홀의 강착원반에서 철 원자가 방출하는 X선을 관측했다. 이 강착원반은 탐사선에 대해 한쪽은 후퇴하고 있고 다른 한쪽은 접근하고 있기 때문에 거기서 방출되는 빛은 스페트럼 상에서 전자는 적색이동, 후자는 청색이동을 보이는 도플러 효과를 나타낸다.

인그럼 박사는 "이 같은 현상은 블랙홀의 강력한 중력으로 인해 강착원반의 움직임이 뒤틀리고 있음을 말해주는 것"이라면서 “우리는 물질들이 이러한 기묘한 움직임을 보이는 데 대한 그 명확한 증거를 찾아내기 위해 오랫동안 연구했다”고 밝혔다.

이번 연구결과 영국 왕립천문학회 월간보고(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 발표됐다.

이광식 통신원 joand999@naver.com