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▲ 블랙홀 주변으로 죽음의 나선을 그리면서 흡수되는 별의 개념도. 블랙홀은 왼쪽 아래 검은 점. (사진=NASA)
블랙홀은 모든 것을 빨아들이는 우주의 검은 구멍이다. SF 영화에서는 주인공이 탄 우주선 이외에는 무엇이든지 흡수하는 단순무식한 괴물로 그려지곤 한다.
블랙홀로 물질이 흡수되는 과정은 생각보다 복잡하다. 예를 들어 태양 같은 별이 블랙홀로 흡수되는 상황을 생각해보자. 블랙홀의 표면에 해당하는 사상의 지평면은 별보다 훨씬 크기가 작아서 온전한 상태로 별이 흡수되기 어렵다.
동시에 블랙홀의 반지름이 매우 작으므로 블랙홀에 가까운 쪽과 먼 쪽의 중력 차이가 매우 커져 양쪽으로 잡아 당겨지는 상황이 된다. 이로 인해 블랙홀에 접근하는 별은 길쭉하게 늘어나 마치 국수처럼 가스가 늘어지게 된다.
그런데 이 가스도 바로 블랙홀로 흡수되는 것이 아니라 주변에 강착 원반이라는 물질의 고리에서 먼저 초고온으로 가열된 후 블랙홀로 조금씩 흡수되게 된다. 이를 조석파괴사건(TDE·Tidal disruption event)이라고 한다.
과학자들은 관측 데이터와 이론적인 연구를 통해서 이 사실을 알고 있지만, 대부분 매우 먼 거리에 있어 이를 관측하기 쉽지 않았다.
특히 별이 거대 질량 블랙홀에 잡아먹히는 조석파괴사건은 흔하게 발생하는 일이 아니라서 더 관측이 어렵다.
그런데 운 좋게도 2014년 과학자들은 지구에서 2억9000만 광년 떨어진 은하 중심 블랙홀이 별을 흡수하는 과정을 목격했다. 'ASASSN-14li'라고 명명된 조석파괴사건은 이후 집중적인 연구가 이뤄졌다.
최근 MIT의 과학자들은 나사의 스위프트 X선 위성과 다른 관측 데이터를 분석해서 이 과정을 지도로 그리는 데 성공했다.
대략 태양질량의 1만 배가 넘는 별 주변으로 끌려간 별은 자체 중력으로 가스를 잡아둘 수 없어 결국 길쭉하게 늘어난 후 나선 모양으로 블랙홀로 빨려 들어간다. 그리고 그 과정에서 강한 에너지를 방출해 고리 모양으로 빛난다. 이번 연구에서는 이 죽음의 나선(Death spiral)이 선명하게 드러났다. (사진)
죽음의 나선은 블랙홀의 중력이 만든 별의 마지막 춤사위라고 할 수 있다. 이후 별을 이뤘던 가스에게 남은 운명은 사상의 지평면 아래로 흡수되어 블랙홀로 들어가거나 혹은 초고속 제트의 형태로 분출되는 것이다.
과학자들은 최신 관측 위성과 망원경의 도움으로 이 과정을 이론적으로 예측할 뿐 아니라 실제로 확인할 수 있게 되었다. 물론 아직도 모르는 것이 많지만, 블랙홀이 단순히 검은 구멍만이 아니라는 사실은 확실하게 입증한 셈이다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
