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'길일 잡고 택배로 자료 보내 첫 영상 만들었다' 블랙홀 첫 관측 뒷이야기

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'길일 잡고 택배로 자료 보내 첫 영상 만들었다' 블랙홀 첫 관측 뒷이야기

2019.04.11 15:46
관측을 통해 얻은 최초의 블랙홀 영상. 사진제공 EHT
관측을 통해 얻은 최초의 블랙홀 영상. 사진제공 EHT

미국과 유럽, 일본, 한국 등 연구자로 구성된 국제 연구협력 프로젝트인 ‘사건지평선망원경(EHT)’ 연구팀은 10일 인류가 직접 관측한 블랙홀의 모습을 사상 처음으로 공개했다. 5500만 광년 떨어진 거대은하 M87의 중심부에 있는 블랙홀을 관측한 결과다. 세계 최초 블랙홀 영상 촬영에 도전하기 위해 연구팀은 관측에 가장 좋은 날을 고르고, 저장장치를 항공편으로 보내기도 하며 공을 들였다. 신뢰도를 높이기 위해 4개 팀이 각자 영상을 만들었고, 서로의 영상을 공유하지 않으며 편견을 피했다. 한 자리에서 네 팀이 처음으로 공개한 영상은 모두 같았다고 한다.

 

블랙홀 관찰은 지구가 도운 결과기도 하다. EHT의 천문학자들은 수많은 일기예보를 검토한 후 EHT에 참여하는 8곳의 전파망원경이 모두 맑은 하늘 아래 있는 2017년 4월 5일부터 4일간 관측에 들어갔다. EHT는 8곳의 전파망원경을 이어 정밀한 자료를 얻어야 하는데, 한 곳에서 약한 비가 내리기만 해도 문제가 생긴다. 특히 천문 관측은 습기가 많으면 잡음이 늘어 데이터가 불명확해지는 문제가 생긴다. 남극과 칠레의 아타카마 사막 등 EHT에 참여한 전파망원경이 건설된 장소가 모두 비가 거의 내리지 않는 건조한 지대인 이유다.

 

전파망원경은 안테나로 들어오는 광자를 파동으로 관측하고 이를 증폭해 전압 신호로 저장한다. 이번 M87 블랙홀을 관찰할 때 측정한 전압 신호는 모두 디지털로 기록된다. 이렇게 얻어진 데이터는 하루에 약 350 테라바이트(TB, 1TB는 1024GB) 정도였다. 이렇게 각 관측소마다 1페타바이트가 넘는 데이터가 얻어졌다.

 

측정이 끝난 후 각 관측소의 연구자들은 블랙홀의 데이터가 기록된 저장장치를 주섬주섬 싸 항공택배를 통해 미국 매사추세츠공대(MIT) 헤이스택 관측소와 독일 막스플랑크 전파천문학연구소(MPIfR)에 보냈다. 엄청난 양의 데이터이기에 통신을 통해 전송하는 것보다 항공편으로 보내는 것이 훨씬 빨랐다.

 

두 연구소로 보내진 블랙홀의 데이터는 ‘상관기’라 불리는 천문 관측에 특화된 슈퍼컴퓨터 통해 분석됐다. 상관기는 수학적 계산으로 잡음 사이에서 미약한 정보 신호를 분리하는 데 쓰이는 전자 장치다. 잡음을 제거하고 신호를 분석하는 것 이외에도 세계 다른 지역에서 관찰하기 때문에 블랙홀 관찰 위치가 미묘하게 다른 것을 교정하고, 각 전파망원경 고유의 잡음도 제거하는 데 쓰였다.

 

이렇게 하나로 합쳐진 데이터는 2017년 6월 4개 팀에게 배포됐다. 각 팀은 팀마다 보유한 고유한 알고리즘으로 데이터에서 영상을 생성하는 작업을 진행했다. 네 팀은 모두 이전에 다른 천체에 대해 알고리즘을 테스트해 데이터를 시각화하는데 성공했던 팀이었다. 파일이 공개되자마자 네 팀은 분석에 들어갔다. 편견을 피하려 서로 간의 데이터는 절대 공유하지 않았다.

 

4팀 중 하나인 헤이스택 관측소 팀에 참여한 EHT 영상팀 공동대표 아키야마 가즈노리 헤이스택 관측소 박사후연구원은 데이터를 토대로 나온 첫 블랙홀 영상을 봤을 때 매우 흥분했었다고 회상했다. 아키야마 연구원은 “우리 연구팀이 처음 만든 영상은 약간 지저분했지만, 영상에서 배출물이 고리 모양으로 블랙홀 그림자 주변에 둘러져 있는 것을 보고 흥분했다”며 “그러나 동시에 우리가 유일하게 블랙홀 이미지를 얻은 팀이면 어쩌나 하는 생각이 들었다”고 말했다.


괜한 걱정이었다. 네 팀은 서로에게 영상을 공유하지 않은 채 하버드대 블랙홀 이니셔티브에 모였다. 각자가 만든 영상을 이 자리에서 처음 비교했다. 네 팀이 구현한 블랙홀의 영상은 모두 한쪽으로 기울어진 고리 형태의 영상이었다. 아키야마 연구원은 “환호와 박수가 잇따라 나왔다”고 당시를 회상했다.

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