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거대질량블랙홀의 탄생 비밀...주변 은하 덕분에 덩치 키웠다

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2017년 03월 14일 18:00 프린트하기

‘블랙홀’은 단어만으로도 호기심을 불러일으킵니다. 주변의 모든 물질을 빨아들이고, 우주 공간에서는 빛조차 블랙홀을 지나가지 못하고 빨려들어간다고 하지요. 빨아들이는 힘(=중력)이 얼마나 강력한지 공간조차 휘어진다고 말합니다. 블랙홀을 설명하는 말만 들어도 ‘이 세상에 그런 존재(?)가 있다니!’ 경탄하곤 합니다.

 

블랙홀도 종류가 있습니다. 보통 태양보다 질량이 큰 별이 수명을 다했을 때 만들어지는 블랙홀이 잘 알려져 있습니다. 우리 은하에도 태양 질량의 수~수십 배에 이르는 블랙홀이 수없이 많이 있습니다. 그런데 이 기사에서 독자 여러분께 전해드릴 블랙홀은 그 보다 훨씬 더 거대한 블랙홀입니다. 우리 은하에도 중심부에 딱 1개 있는 블랙홀이지요. 태양 질량의 몇 억 배나 되는 아주 중후하고 강력한 블랙홀입니다. 거대질량블랙홀(Supermassive black hole)이라고 부르는데 현재 24개 정도가 발견됐습니다. 아마 실제로는 더 많을 수도 있겠지요.

 

 

조지아텍 존 와이즈 교수 제공
조지아텍 존 와이즈 교수 제공

 

거대질량블랙홀은 우주 탄생 초기, 그러니까 138억 년 전 빅뱅이 일어난 뒤 8억 년 이내에 만들어진 것으로 알려져 있습니다. 우리 은하를 비롯해 거대한 은하의 중심부에 있습니다. 그 외에 안드로메다 은하의 중심부에도 있을 것으로 추정하고 있습니다. 그러나 이들이 어떻게 그렇게 빠른 속도로 몸집을 불릴 수 있었는지에 대해서는 정확하게 알려진 것이 없습니다.

 

아일랜드 더블린시립대, 미국 콜롬비아대, 조지아텍, 핀란드 헬싱키대 국제 공동 연구진은 이 거대질량블랙홀이 어떻게 생길수 있는지에 대한 새로운 가설을 세워 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산한 결과를 천문학 분야 학술지 네이처 애스트로노미 최신호에 발표했습니다. 연구에 따르면 거대질량블랙홀은 주변에 있는 다른 은하의 영향을 받아 거대한 질량을 모을 수 있었다고 합니다.

 

과학자들은 거대질량블랙홀이 만들어지는 과정에 의문을 가져 왔습니다. 우주 생성 초기는 별이 활발하게 만들어지는 시기입니다. 따라서 초기에 블랙홀이 만들어진다고 해도 주변에서 별이 많이 만들어지고 있으니 블랙홀의 먹이가 될 재료가 부족합니다. 따라서 연구팀은 별의 생성을 멈추고, 대신 블랙홀에게 재료를 공급해 줄 어떤 이유가 있을 것이라고 예상했습니다. 연구팀은 인근 다른 은하에서 내뿜는 방사선이 그 이유라고 추측했습니다.

 

연구팀은 슈퍼 컴퓨터를 이용해 가설을 증명했습니다. 미국 콜롬비아대 그렉 브라이언 박사가 개발한 소프트웨어로 중력의 영향력, 유체 움직임, 물질의 이동, 방사선 량등을 계산했지요. 그 결과 거대질량블랙홀이 만들어진 은하 근처에 있는 또다른 은하에서 강력한 방사선을 내뿜는 경우, 은하에서 별이 만들어지는 과정을 방해한다는 사실이 드러났습니다. 미처 별로 만들어지지 못하는 물질이 초기 블랙홀로 모여 질량을 불림으로써 거대질량블랙홀로 거듭나는 거지요.

 

연구에 참여한 미국 조지아텍 존 와이즈 교수는 “거대질량블랙홀이 만들어지도록 영향을 줄 인근 은하는 너무 가까워서도, 너무 멀어서도 안된다”고 말합니다.

 

연구팀의 다음 목표는 거대질량블랙홀이 있는 은하 근처에 정말 이번 연구에서 예상한 대로 적당한 크기의 은하가 있는지 확인하는 일입니다. 내년 10월 발사 예정인 제임스웹 우주 망원경으로 초기우주의 거대질량블랙홀과 은하를 직접 관측할 수 있으리라 기대하고 있습니다.

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