[아하! 우주] 두 블랙홀이 만든 거대한 ‘우주 나비’

은하 중심에는 대부분 거대 질량 블랙홀이 존재한다. 보통 그 숫자는 하나지만, 드물게 두 개의 거대 질량 블랙홀을 지닌 은하도 존재한다. 두 개의 은하가 충돌과 합체하는 과정에서 중심부에 블랙홀 두 개가 존재하는 경우인데, 결국 서로의 강력한 중력에 이끌려 하나로 합체된다. 합체되는 순간에는 주변으로 강력한 중력파를 방출하면서 더 거대한 블랙홀로 진화한다.

사실 이 과정은 은하의 긴 수명과 비교해 매우 짧은 시간 동안 일어날 뿐 아니라 관측이 어려운 은하 중심에서 발생해서 상세하게 연구하는 데 어려움이 있다. 하지만 최근 미국 콜로라도대학 연구팀은 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 위성의 데이터를 통해 합체 중인 은하 NGC 6240에서 두 개의 거대 질량 블랙홀이 가까이 접근하는 모습을 포착했다.

이를 연구한 과학자들은 예상치 않았던 사실을 발견했다. 두 블랙홀이 서로의 주변을 공전하면서 주변으로 가스를 밀어내고 있었다. 블랙홀과 항성풍의 영향으로 나온 뜨거운 가스는 3만 광년에 달하는 나비 모양의 구조물을 형성했다. (사진)

연구팀은 매년 태양 질량의 100배에 달하는 가스가 뿜어져 나온다고 파악했는데, 이는 은하의 나이를 생각하면 결코 적은 양이 아니다. 우주의 척도로 짧은 시간인 100만 년 정도만 흘러도 태양 질량의 1억 배에 달한다. 이로 인해 현재 NGC 6240 중심부에서는 성간 가스가 줄어들어 별의 생성 속도가 감소하고 있다.

과학자들은 은하 충돌이 성간 가스의 밀도를 높여 새로운 별을 생성하는 데 도움을 준다고 보고 있다. 하지만 이번 연구로 은하 중심부에서는 블랙홀의 상호 작용 때문에 가스 밀도가 떨어져 오히려 별의 생성을 방해한 것이다. 이는 새롭게 밝혀진 메커니즘이다.

은하는 성장하는 과정에서 서로 충돌을 통해 크기가 더 커진다. 과학자들은 많은 관측을 통해 이 사실은 잘 알고 있었으나 두 개의 은하 중심 블랙홀이 합체되는 과정과 블랙홀 합체가 은하 중심부에 미치는 영향에 대해서는 모르는 부분이 많았다. 이번 연구는 이 과정에 대한 단서를 제공했을 뿐 아니라 예상치 못했던 우주의 아름다운 모습도 같이 보여준 셈이다.

사진=NGC 6240의 X선 이미지. 중앙의 파란 점이 블랙홀(NASA)

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com