AI가 찾았다…은하 떠돌아다니는 초거대 방랑 블랙홀 포착 [우주를 보다]

보통 은하계에서 가장 큰 블랙홀이 있는 장소는 은하의 중심이다. 은하계의 중심부는 가장 많은 물질이 모이는 장소이고 가장 거대한 블랙홀을 키울 수 있는 막대한 양의 가스가 존재한다. 우리 은하 중심에는 태양 질량의 400만 배에 달하는 ‘초거대 질량 블랙홀’(SMBH)이 존재하며 인류가 처음으로 모습을 포착한 블랙홀로 알려진 M87 은하의 초거대 질량 블랙홀은 태양 질량의 65억 배에 달하는 거대한 크기를 지니고 있다.

하지만 과학자들은 이론적으로 초거대 질량 블랙홀이 은하 중심에서 벗어날 수 있다는 점을 알고 있다. 두 개의 은하가 충돌할 때 두 개의 초거대 질량 블랙홀 역시 중력에 의해 가까이 다가가서 결국 합체되지만, 여러 조건이 맞으면 서로 공전하는 형태로 한동안 공존할 수 있기 때문이다. 다만 은하 중심에 있지 않은 초거대 질량 블랙홀은 많은 물질을 흡수할 수 없기 때문에 직접 관측하기가 힘들다.

노스캐롤라이나 대학교 채플힐 캠퍼스의 과학자들은 매우 드문 현상인 ‘조석 파괴 현상’(TDE)을 포착해 이런 떠돌이 초거대 질량 블랙홀의 존재를 알아냈다. 조석 파괴 현상은 별이 거대한 블랙홀로 빨려 들어가면서 파괴되는 현상으로 이 과정에서 막대한 에너지를 방출하기 때문에 훨씬 밝게 빛나는 블랙홀을 관측할 수 있다. 지금까지 과학자들은 은하 중심 블랙홀에서 100건 이상의 조석 파괴 현상을 관측했다.

하지만 연구팀이 발견한 ‘TDE 2025abcr’은 은하 중심에서 3만 광년이나 떨어진 장소에서 관측됐다. 이는 광학적으로 관측된 조석 파괴 현상 중 은하 중심에서 가장 먼 거리에서 관측된 것이다. TDE 2025abcr에 대해서 더 자세히 알아내기 위해 연구팀은 칠레에 있는 SOAR(Southern Astrophysical Research) 망원경을 이용해 추가 관측을 진행했다.

그 결과 이 초거대 질량 블랙홀이 은하 중심에서 3만 광년 떨어져 있고 태양 질량의 100만 배에 달하는 블랙홀이라는 사실을 확인할 수 있었다. 아마도 떠돌이 초거대 질량 블랙홀은 과거 은하 충돌로 인한 것으로 생각된다. 연구팀에 따르면 조석 파괴 현상이 아니라면 현재 관측 기술로 이렇게 중심에서 떨어져 숨어 있는 블랙홀을 발견하기는 매우 어렵다.

이번 연구에는 최근 활용도가 높아지고 있는 인공지능(AI) 도구가 활용됐다. 연구팀은 방대한 우주 관측 데이터 가운데 조석 파괴 현상을 빠르게 식별하기 위해 메릴랜드 대학교와 나사 고다드 우주비행센터의 연구팀이 개발한 ‘tdescore’라는 AI 분류 도구를 사용했다. 최근 관측 기술 발전으로 인해 엄청난 양의 데이터가 쏟아지고 있는데, 이 데이터를 자동으로 분류하고 과학적 가치가 높은 현상을 식별하는 데 AI 분석 도구가 큰 도움을 주고 있다.

연구팀은 앞으로 이런 숨은 초거대 질량 블랙홀이 대거 발견될 것으로 기대하고 있다. 나사의 차세대 우주 망원경인 낸시 그레이스 로만 우주 망원경이 발사를 앞두고 있기 때문이다. 낸시 그레이스 로만 우주 망원경은 한 번에 허블 우주 망원경보다 100배나 많은 데이터를 수집할 수 있기 때문에 드물게 발생하는 조석 파괴 현상도 더 많이 발견할 수 있다. AI의 힘을 빌리면 방대한 데이터에서 의미 있는 사건들을 식별하는 일도 훨씬 빠르게 진행할 수 있다. 데이터의 양이 많아질수록 과학에서 AI의 역할은 더 커질 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com