[아하! 우주] 블랙홀 주변의 도넛 모양 구조물 포착

은하 중심에는 거대한 크기의 블랙홀이 존재한다. 이 거대 질량 블랙홀은 물론 은하보다 질량이 작지만 그래도 태양 질량에서 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 거대한 질량을 가진 것들이 많다. 그런 만큼 강력한 중력으로 주변 물질을 흡수해 은하 전체의 물질 분포에 영향을 준다. 과학자들은 이 은하 중심 블랙홀이 은하의 진화에 매우 큰 영향을 준다고 보고 있다.

하지만 이 은하 중심 블랙홀은 관측이 그렇게 간단하지 않다. 은하에서 가장 많은 가스와 별이 밀집된 공간에 있기 때문에 일반적인 광학 망원경으로는 그 구조를 파악하기 힘들다.

일본 국립 천문대의 과학자팀은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해서 활동 은하핵 (AGN) 가운데 하나인 M77 은하의 거대 질량 블랙홀을 관측했다.

일반적으로 아무것도 없는 검은 구멍처럼 생각되는 블랙홀이지만, 과학자들은 은하 중심 블랙홀 주변이 매우 복잡한 구조로 되어 있다는 점을 알고 있다. 이전 관측과 이론적 예측을 통해 블랙홀 주변에는 블랙홀로 흡수되는 거대한 물질의 원반인 강착 원반이 있고 그보다 더 먼 장소에는 매우 큰 도넛 모양의 가스가 있을 것으로 생각됐다. 하지만 이를 실제로 관측하기는 어려웠다.

연구팀은 시안화수소(HCN) 및 HCO+ 이온의 분포를 조사해 도넛 모양으로 생긴 구조물을 실제로 관측하는 데 성공했다. 위의 사진에서 사각형 안에 말발굽 모양의 지름 1400광년 정도 되는 구조물이 있고 그 안쪽에 지름 40광년에 달하는 원형 구조물이 포착된 것이다.

다만 ALMA의 강력한 성능으로도 중심부 구조는 다소 흐릿하게 관측된다. 이는 M77이 4,700만 광년 떨어진 은하이기 때문인데, 거리를 생각하면 놀라운 해상도라고 할 수 있다.

SF영화에서는 단순하게 처리되는 것과 달리 과학자들은 블랙홀로 물질이 흡수되는 과정 역시 간단하지 않다고 보고 있다. 도넛 모양 구조물에서 더 안쪽의 강착 원반으로 물질이 이동하는 과정 역시 아직 밝혀지지 않은 부분이 많다.

아직도 많은 미스터리를 품고 있는 블랙홀에 대한 연구는 앞으로도 계속 진행될 것이다. 여기에는 우리 은하를 비롯한 은하 진화의 과정과 미래가 담겨 있기 때문이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com