블랙홀,우주가스 빨아들여

사상 첫 촬영…"블랙홀,우주가스 빨아들여"

이재구 국제과학전문기자 jklee@zdnet.co.kr 2011.07.31 / AM 09:58 찬드라위성, 우주천문대,

미항공우주국(NASA·나사)의 찬드라위성이 인류최초로 블랙홀이 우주가스를 빨아들이는 사진을 촬영했다.

 

나사는 지난 27일(현지시간) 지구에서 3천200만광년 떨어진 블랙홀로 우주가스가 흘러 들어가는 모습을 촬영한 사진을 공개했다. 사상 최초로 촬영된 이 사진은 찬드라 위성에 탑재된 엑스레이 카메라로 찍은 것이다. 

 

나사는 "이번에 관측된 블랙홀이 우주가스를 빨아들이는 모습은 현대 우주물리학에 있어서의 가장 근본적인 2개의 문제를 푸는데 도움을 줄 것"이라고 말했다. 즉 어떻게 블랙홀이 성장하며, 우주물질(우주가스,우주먼지 등)이 짙은 중력 속에서 어떻게 움직이는가 하는 의문에 대한 답이다.

 

■태양의 20억배 크기 블랙홀, 우주가스 삼키는 현상 최초 확인

지구로부터 3천200만광년 떨어져 있는 이 블랙홀은 NGC3115로 알려진 거대한 은하계의 중심에 위치한다. 

 

나사가 이전까지 확보한 방대한 양의 우주 데이터는 우주물질이 떨어져 블랙홀로 들어가는 것을 보여주긴 했지만 어떤 것도 뜨거운 가스의 특성을 뚜렷하게 보여주지 못했다.

 

이번 촬영을 통해 나사는 거대한 블랙홀로부터 다른 거리에 있는 뜨거운 가스를 이미지화했다. 이를 통해 천문학자들은 가스의 움직임이 블랙홀의 중력에 의해 지배돼 내부로 빨려가는 임계문턱을 지켜볼 수 있었다. 이 블랙홀로부터의 거리는 ‘본다이 반원(Bondi radius)'으로 알려져 있다.

▲지구에서 3200만광년 떨어진 NGC3115 은하계 중심에 있는 태양의 20억배 크기의 블랙홀이 우주가스를 빨아들이는 모습이 사상최초로 포착됐다. <사진=나사>

이번 연구를 주도한 카와 웡 앨러배마대 교수는 애스트로피지컬저널레터스 7월20일자에서 “엄청난 블랙홀의 손아귀에 우주가스가 잡혀있다는 명확한 증거를 찾은 것은 흥분되는 일이었다”고 말했다.

 

그는 이어 “찬드라의 엑스레이카메라 해상도는 이 블랙홀 근처에 있는 물질을 연구함으로써 어떻게 블랙홀이 우주물질을 포착하는지를 이해할 수 있는 독특한 기회를 제공한다“고 밝혔다

 

과학자들은 우주가스가 블랙홀로 흘러 다가감에 따라 가스는 압축되면서 더 뜨거워지고 밝아지는 것을 이번 찬드라위성 엑스레이천문카메라 촬영사진으로 확인할 수 있었다.

 

■700광년 떨어진 곳에서부터 서서히 빨아들인다

 

과학자들은 가스온도의 상승은 블랙홀에서 700광년 떨어진 본다이반지름에서부터 시작된다는 사실을 알아냈다.

 

이는 NGC3115의 중앙에 있는 블랙홀이 태양의 20억배 이상의 크기를 가지고 있으면서 지구크기의 블랙홀을 만들고 있음을 보여주는 것이다.

 

찬드라 위성의 데이터는 또한 과학자들의 예상대로 은하계의 중심에 있는 블랙홀에 가까운 우주가스가 블랙홀 바깥 주변에 있는 우주가스보다 더 짙은 농도를 가지고 있음을 보여준다.

▲미항공우주국(NASA 나사) 찬드라관측위성이 발견해 찍은 사진. 우주가스가 블랙홀쪽으로 빨려들어 가는 모습을 찍은 사진.  오른쪽 위는 찬드라위성 엑스레이 사진을 확대한 것이다.<사진=나사>

태양의 덩어리는 본다이 반지름에 의해 끌어들여져 블랙홀을 향하게 된다. 연구팀은 관측된 우주가스의 특성과 이론적 가정을 통해 매년 태양부피의 2% 정도에 달하는 가스가 물가 본다이반지름 향하면서 블랙홀로 빨려 들어가는 것으로 추정했다.

 

방사시 우주가스의 에너지가 얼마나 변화하는지에 대한 확실한 가정을 하게 되면서 과학자들은 엑스레이사진 상에서 볼 때 NGC1135은하계보다 100만배 이상 더 밝은 우주물질이 무엇인지 알아낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

■블랙홀 주변의 가스가 엷은지는 미스터리

지미 어원 애스트로피지컬레터스 논문 공동저자는 “우주물리학에서의 중요한 미스터리는 거대한 블랙홀덩어리 근처 지역에 태울 수 있는 그렇게 많은 연료가 있는데도 불구하고 어쩌면 그렇게 엷으냐 하는 것”이라며 궁금해 했다.

 

그는 “이번에 발견된 블랙홀은 이러한 문제의 전형”이라고 말했다.

 

나사는 이러한 모순을 설명하기 위해서는 적어도 두 개의 설명이 가능하다고 보고 있다.

 

첫 째, 실제로 본다이 반지름 내로 흘러들어가는 우주가스 물질보다도다 훨씬 더 적은 우주물질이 블랙홀로 빨려들어 간다는 점이다. 또다른 가능성으로는 에너지의 전환 및 방사가 생각한 것 보다도 훨씬 덜 효율적이라는 점이 지적됐다.

 

우주가스 물질이 블랙홀로 빨려들어가는 것을 묘사한 다른 모델들은 우주가스가 접근함에 따라 가스의 농도가 얼마나 빨리 상승하는지에 대한 다른 예측을 내놓고 있다.

▲ 찬드라 위성이 찍은 은하계 NGC3115의 엑스레이사진.<사진=나사>

향후 과학자들이 찬드라 위성의 더많은 관측결과를 통해 우주가스 농도의 상승원인을 보다 정확하게 알 수 있게 될 것으로 보고 있다. 그렇게 되면 이같은 많은 예측 모델 가운데 일부를 제외시켜 더 정확한 모델을 정립시킬 수 있게 될 전망이다.

 

앨러배마 헌츠빌 소재 나사 마셜스페이스센터는ㄱ 찬드라프로그램을 운영하고 있다. 스미소니언 우주물리학천문대는 찬드라의 과학과 비행활동을 매사추세츠 케임브리지에서 제어하고 있다.