우리 은하 중심 블랙홀은 ‘4:1 질량 충돌’의 결과물 [아하! 우주]

은하계에서 가장 큰 블랙홀이 있는 장소는 어디일까? 우주에 있는 은하마다 제각각 다를 것 같지만, 의외로 답은 거의 똑같다. 은하계에서 가장 큰 거대질량블랙홀(SMBH)이 존재하는 장소는 은하계 한가운데다. 은하계에서 가장 많은 물질이 모여 있는 장소로 가장 많은 물질을 흡수할 수 있는 장소이기 때문이다.

과학자들은 은하가 합체하면서 커질 때 두 은하의 중심 블랙홀이 합체해 새로운 은하 중심 블랙홀을 만들며, 이 블랙홀이 있는 장소가 새로운 합체 은하의 중심이 된다고 보고 있다. 그리고 이 과정은 우리 은하 역시 예외가 아닐 것으로 보고 있다.

미국 네바다천체물리학연구소(NCfA)의 이한 왕, 빙 장 박사가 이끄는 연구팀은 우리 은하 중심에 있는 거대질량블랙홀의 생성 과정을 연구했다. 우리 은하 블랙홀은 태양 질량의 400만 배나 되는 질량을 지니고 있는데, 처음부터 이렇게 큰 블랙홀이 아니라 합체를 통해 커진 것으로 여겨진다.

연구팀은 2022년 처음으로 우리 은하 중심 블랙홀인 궁수자리 A 블랙홀(Sgr A*)의 모습을 직접 관측한 사건의 지평선 망원경(EHT)의 데이터를 다각도로 분석했다. (사진) 연구팀은 이 데이터를 바탕으로 은하 중심 블랙홀의 빠른 자전 속도와 은하계와 어긋나 있는 자전축을 설명할 수 있는 다양한 충돌 시뮬레이션을 시행했다.

그 결과 우리 은하 중심 블랙홀이 90억 년 전 4:1 정도의 질량 비율로 두 거대 블랙홀이 충돌해 생성됐다는 결론을 얻었다. 우리 은하 초기의 거대 충돌은 유럽우주국(ESA)의 가이아 관측 위성 데이터로도 확인된 바 있다. 우주 초기에는 이런 은하 충돌과 은하 중심 블랙홀 충돌이 현재보다 더 활발히 일어났으며 그 결과로 대형 은하들이 성장할 수 있었다.

연구팀은 2030년대 중반 발사 예정인 차세대 우주 중력파 검출 장치인 레이저 간섭계 우주 안테나(LISA·Laser Interferometer Space Antenna)가 발사되면 중력파를 통해 이렇게 충돌한 거대 질량 블랙홀의 직접적인 증거를 확인할 수 있을 것으로 보고 있다. 이때가 되면 블랙홀끼리 충돌할 때 나오는 중력파를 직접 측정할 수 있기 때문에 아주 멀리 떨어진 초기 은하의 충돌과 그 과정에서 충돌하는 블랙홀을 다수 포착할 수 있을 것으로 기대된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com